一种硫酸乙烯酯连续制备工艺系统 |
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| 申请号 | CN202322148937.0 | 申请日 | 2023-08-10 | 公开(公告)号 | CN220610333U | 公开(公告)日 | 2024-03-19 |
| 申请人 | 兰州康鹏新能源科技有限公司; | 发明人 | 王修纲; 何立; 姜圣雨; 陈晨; 汪焰; 李晓亮; | ||||
| 摘要 | 本 申请 提供一种 硫酸 乙烯酯连续制备工艺系统，属于精细化工用反应器技术领域。所述工艺系统包括按工艺顺序依次 流体 连通的预混模 块 、微通道反应器、管道反应器、气液分离器、 水 洗混合器和液液分离器。其中，预混模块设有乙二醇进料口、KOH进料口和 溶剂 进料口，所述微通道反应器设有硫酰氟进料口。本实用新型的硫酸乙烯酯连续制备工艺系统，能够实现硫酸乙烯酯的连续生产，简化了操作步骤，提高了反应的反应效率和选择性，硫酸乙烯酯的收率高，纯度高，且溶剂、副产品可回收，经济价值高，工业化应用前景良好。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种硫酸乙烯酯连续制备工艺系统，其特征在于，包括：按工艺顺序依次流体连通的预混模块(1)、微通道反应器(2)、管道反应器(3)、气液分离器(4)、水洗混合器(5)和液液分离器(6)； |
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| 说明书全文 | 一种硫酸乙烯酯连续制备工艺系统技术领域[0001] 本实用新型涉及精细化工用反应器技术领域，特别是涉及一种硫酸乙烯酯连续制备工艺系统。 背景技术[0002] 硫酸乙烯酯是一类新型的电池电解液中添加剂，能够抑制电池初始容量的下降，增大初始放电容量；同时，减少高温放置后的电池膨胀，提高电池的充放电性能及循环次数。良好的性能为硫酸乙烯酯带来了巨大的市场需求，因此迫切需要开发新的工艺和设备，实现硫酸乙烯酯连续、高效、低成本的规模生产。 [0003] 微通道技术是指微米或亚微米进行化学反应和化工分离过程的技术，与传统设备相比，由于特征尺寸的减小，微反应器具有大比表面积、出色的热质传递能力、较短的停留时间和较窄的停留时间分布，因而能够很好的实现快速混合、快速换热、反应时间精确控制和安全生产等，从而提高反应过程的生产效率和能量利用率，实现化工过程的绿色生产。 [0004] 中国专利CN 107973774 B公布了一种利用微通道反应器制备硫酸乙烯酯的方法，将亚硫酸乙烯酯的二氯甲烷溶液、碳酸氢钠溶液、三氯化钌溶液，泵送至预混器中预混形成混合液，再将次氯酸钠溶液与混合液同步泵送至微通道模块中的微通道内进行氧化反应，反应液再依次经分液釜进行分层、干燥釜进行干燥、浓缩釜浓缩得目标产物硫酸乙烯酯。该工艺存在原料中有价格高昂的金属钌催化剂，原料种类多，工艺复杂，后续回收处理困难的问题，另外整个反应系统均采用微通道反应器成本较高，因此本申请旨在提供一种配合硫酸乙烯酯新制备工艺的工艺系统。实用新型内容 [0005] 鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种硫酸乙烯酯连续制备工艺系统，以配合硫酰氟、乙二醇和KOH为原料，一步法直接合成硫酸乙烯酯的需求，且本工艺系统能够实现硫酸乙烯酯的连续生产，并将微通道反应器与管道反应器结合，既增加混合性能又保持合理成本，该工艺系统流程简单，经济效益好，工业化前景好。 [0006] 为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种硫酸乙烯酯连续制备工艺系统，按工艺顺序依次流体连通的预混模块、微通道反应器、管道反应器、气液分离器、水洗混合器和液液分离器；其中，所述预混模块设有乙二醇进料口、KOH进料口和溶剂进料口；所述微通道反应器设有硫酰氟进料口。 [0007] 在一种可行的实施例中，所述预混模块包括至少一个混合器，所述混合器选自静态混合器、微通道混合器或T型混合器。 [0008] 在一种可行的实施例中，所述预混模块包括多个混合器，各混合气串联连接或并联连接。 [0009] 在一种可行的实施例中，所述混合器的水力直径为0.1～12mm(或混合器的通道特征尺寸为0.1～12mm)。 [0010] 在一种可行的实施例中，所述的硫酸乙烯酯连续制备工艺系统，包括如下技术特征中的至少一项： [0011] a1)所述微通道反应器选自固定床型微通道反应器、流动床型微通道反应器或混合床型微通道反应器； [0012] a2)所述微通道反应器的水力直径为0.1～12mm； [0013] a3)所述微通道反应器的持液量为0.01～100L。 [0014] 在一种可行的实施例中，所述的硫酸乙烯酯连续制备工艺系统，包括如下技术特征中的至少一项： [0015] b1)所述管道反应器选自水平管式反应器、立管式反应器、盘管式反应器或U形管式反应器； [0016] b2)所述管道反应器的水力直径为1～160mm； [0017] b3)所述管道反应器的长度为5～40m； [0018] b4)所述管道反应器的输出端管路上设有取样阀。 [0019] 在一种可行的实施例中，所述气液分离器设有顶部排气口、中部进料口以及底部出液口；所述中部进料口与所述管道反应器的输出口连通，所述底部出液口与所述水洗混合器的输入口连通。 [0020] 在一种可行的实施例中，所述气液分离器设有背压阀，所述背压阀与所述顶部排气口连接。 [0021] 在一种可行的实施例中，所述气液分离器设有温度调节机构。 [0022] 在一种可行的实施例中，所述水洗混合器设有水入管路，所述水入管路与所述水洗混合器的输入口连通。 [0023] 在一种可行的实施例中，所述液液分离器设有水相出口和有机相出口。 [0024] 在一种可行的实施例中，所述液液分离器选自离心式液液分离器或重力沉降式液液分离器。 [0025] 如上所述，本申请所述的硫酸乙烯酯连续制备工艺系统，具有以下有益效果： [0026] 1)本实用新型的硫酸乙烯酯连续制备工艺系统能够实现硫酸乙烯酯的连续生产，并使用微通道反应器，混合性能提高，换热效果好，减少了副产物的生成，提高了反应的反应效率和选择性，且本工艺系统在微通道反应器下游设置管式反应装置，将微通道反应器与管道反应器结合，既增加混合性能又保持合理成本，该工艺系统流程简单，并经验证该系统生产硫酸乙烯酯的收率高，纯度高，即经济效益好，工业化前景好。 [0028] 图1显示为本实用新型所述的硫酸乙烯酯连续制备工艺系统的结构示意图。 [0029] 图中标记说明 [0030] 1 预混模块 [0031] 11 乙二醇进料口 [0032] 12 KOH进料口 [0033] 13 溶剂进料口 [0034] 2 微通道反应器 [0035] 21 硫酰氟进料口 [0036] 3 管道反应器 [0037] 4 气液分离器 [0038] 41 顶部排气口 [0039] 42 中部进料口 [0040] 43 底部出液口 [0041] 5 水洗混合器 [0042] 51 水入管路 [0043] 6 液液分离器 [0044] 61 水相出口 [0045] 62 有机相出口 具体实施方式[0047] 请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“输入”、“输出”、“顶部”、“底部”、“中部”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。 [0048] 实施例1 [0049] 如图1所示，本实用新型提供硫酸乙烯酯连续制备工艺系统，包括：按工艺顺序依次流体连通的预混模块1、微通道反应器2、管道反应器3、气液分离器4、水洗混合器5和液液分离器6。其中，所述预混模块1设有乙二醇进料口11、KOH进料口12和溶剂进料口13，微通道反应器2设有硫酰氟进料口21。具体的，气液分离器4的顶部设有顶部排气口41，中部设有中部进料口42，底部设有底部出液口43，中部进料口42与管道反应器3的输出口连通，底部出液口43与所述水洗混合器5的输入口连通。再具体的，水洗混合器5设有水入管路51，水入管路51与水洗混合器5的输入口连通。再具体的，所述液液分离器6的顶部设有水相出口61，底部设有机相出口62。 [0050] 本工艺系统适用于：采用硫酰氟、乙二醇和KOH为原料，一步法直接合成硫酸乙烯酯。具体的，液相原料乙二醇、KOH水溶液和溶剂(例如，二氯乙烷)通过系统外接的进料装置分别经由乙二醇进料口11、KOH进料口12和溶剂进料口13进入预混模块1，形成混合溶液后被输入微通道反应器2。与此同时，气相原料硫酰氟经由硫酰氟进料口22，与预混模块1中的混合溶液同步进入微通道反应器2，两相原料发生混合并初步反应，随后混合液进入管道反应器3中进一步反应，完全转化并在管道反应器3的出口得到含有硫酸乙烯酯的反应液。反应液由中部进料口42进入气液分离罐41，经过分离后，反应废气由顶部排气口41排出，反应液由底部出液口43进入水洗混合器5，与由水入管路51进入水洗混合器5的去离子水发生混合，水洗液一同进入液液分离器6。经过液液分离后，水相(含有副产品KF)由水相出口61排出，进一步处理后回收副产品KF；有机相(含产品硫酸乙烯酯)由有机相出口62排出，收集后经过浓缩、重结晶、干燥得到成品硫酸乙烯酯。 [0051] 在一些具体实施例中，所述预混模块1包括至少一个混合器，具体选自静态混合器、微通道混合器、T型混合器中的一种或者多种组合，若为组合采用各混合器串联或并联的方式。其中，预混模块1的通道特征尺寸为0.1～12mm，例如0.1～1mm，1～5mm，5～10mm，10～12mm。本行业地从业人员应当综合生产任务和混合效果，选择适当类型、型号的混合器。 [0052] 在一些具体实施例中，所述微通道反应器2选自固定床型微通道反应器、流动床型微通道反应器、混合床型微通道反应器等。其中微通道反应器2的水力直径为0.1～12mm，(或微通道反应器2的特征尺寸为0.1～12mm，例如可选0.1～0.5mm、0.5～1.0mm，1～5mm，5～10mm或10～12mm。微通道反应器2的持液量为0.01～100L，例如10～20mL，20～30mL，30～50mL，50～80mL、80～100mL，1～10L，10～30L，30～50L，50～70L或70～100L。微通道反应器目的均在于利用微通道反应的混合效果和传热等优势，具体类型和型号的选择，本领域技术人员应知如何根据实际需要进行选择。 [0053] 在一些具体实施例中，所述管道反应器3选自水平管式反应器、立管式反应器、盘管式反应器或U形管式反应器。其中，所述管道反应器3的水力直径为1～160mm，例如1～5mm，5～10mm，10～20mm，20～50mm，50～80mm或80～100mm。述管道反应器3的长度为5～ 40m，例如5～10m，10～20m，20～30m或30～40m。值得说明的是，微通道/管道反应器特征尺寸过大影响两相的混合和传质效果，进一步影响反应效率和转化率。同时，通道尺寸过小会造成压降过大，影响反应器使用寿命；微通道/管道反应器持液量影响相同生产任务下的停留时间。合适的微通道/管道反应器特征尺寸和持液量是本领域技术人员根据生产要求可进行选择的。 [0055] 在一些具体实施例中，所述气液分离器4采用利用重力沉降的气液分离罐即可。进一步的，所述气液分离器4包括温度调节机构。进行气液分离操作时，由于硫酸乙烯酯会发生水解，因而需要通过温度调节机构，将气液分离罐内的温度降低到一定程度(例如，‑5℃)，以减少水解的发生。 [0056] 更进一步地，所述气液分离器4设有背压阀，所述背压阀与顶部排气口41连接，一定的压力(例如，1.2MPa)有利于气相原料硫酰氟在溶剂的溶解，可将反应体系由气‑液‑液三相变为液‑液两相，提高传质效率，进而提高反应转化率。 [0057] 在一些具体实施例中，所述水洗混合器5选用常规液液混合器，比如静态混合器，本领域技术人员根据生产要求可进行选择。 [0058] 在一些具体实施例中，液液分离器6选自液液分离器离心式或重力沉降式液液分离器，本领域技术人员根据生产要求可进行选择。 [0059] 实施例2 [0060] 参阅图1，以二氯乙烷为溶剂，在乙二醇:KOH:二氯乙烷质量比为1:2.21:10条件下用计量泵以乙二醇1.86g/min的流量，将三股液相物料分别从乙二醇进料口11、KOH进料口12和溶剂进料口13泵入预混模块1。预混模块1为两个T型混合器串联，特征尺寸为0.2mm。同时，气相原料硫酰氟以2.78g/min的流量经硫酰氟进料口21泵入微通道反应器2。其中，微通道反应器2的特征尺寸为1mm，持液量为42mL，反应温度40℃，两相原料在微通道反应器2中发生混合并初步反应，随后混合液进入管道反应器3中进一步反应。管道反应器3的水力直径为2.1mm，长度为20m，反应温度10℃，完全转化并在管道反应器出口得到含有硫酸乙烯酯的反应液。反应液由中部进料口42进入气液分离罐41，经过分离后，反应废气由顶部排气口 41排出，反应液由底部出液口43进入水洗混合器5，其中，气液分离器4的顶部排气口41的背压阀压力设置为0.6MPa。 [0061] 待各物料流量、各反应器温度、出口压力均达到稳定后，以50g/min的流量经水入管路51向水洗混合器5中加入去离子水对上述反应液进行洗涤。系统稳定后，收集30min的有机相，具体在有机相出口62共得到有机相1008.6g。有机相经过蒸发浓缩、重结晶、干燥后得到硫酸乙烯酯共97.1g，摩尔收率为95.69％，利用气相色谱法测试，硫酸乙烯酯的纯度为99.94％。 [0062] 综上，本申请提供的硫酸乙烯酯连续制备工艺系统的工艺系统流程简单，经济效益好，工业化前景好。 [0063] 上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。 |
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