| 专利类型 | 实用新型 | 法律事件 | 授权; |
| 专利有效性 | 有效专利 | 当前状态 | 授权 |
| 申请号 | CN202421218466.4 | 申请日 | 2024-05-30 |
| 公开(公告)号 | CN222401401U | 公开(公告)日 | 2025-01-28 |
| 申请人 | 南京安立格有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 张志炳; 孙海宁; 周政; 张锋; 李磊; 孟为民; 杨高东; 杨国强; 刘甲; | 第一发明人 | 张志炳 |
| 权利人 | 南京安立格有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 南京安立格有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：江苏省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：江苏省南京市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：江苏省南京市江北新区罐区南路88号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：210047 |
| 主IPC国际分类 | B01J8/02 | 所有IPC国际分类 | B01J8/02 ; C07D317/36 ; B01J31/22 ; B01D3/06 ; B01D3/14 ; B01D3/32 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 8 | 专利文献类型 | U |
| 专利代理机构 | 北京中索知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 隋晓勇; |
| 摘要 | 本实用新型提供了一种催化二 氧 化 碳 环加成制备环状碳酸酯的系统。系统包括：环加成反应器、闪蒸罐和精馏塔；环加成反应器的产物出口连接闪蒸罐的物料进口，闪蒸罐的气相出口连接精馏塔的物料进口，闪蒸罐的液相出口连接环加成反应器；环加成反应器内部设置有强化传质机组，环加成反应器 侧壁 由上至下依次连接用于通入环氧化合物的第一进料管路和用于通入二氧化碳的第二进料管路，第二进料管路与强化传质机组相连，第二进料管路中的二氧化碳经由强化传质机组处理后进入环加成反应器中；精馏塔的物料进口沿精馏塔的高度方向低于精馏塔的中部 位置 ，精馏塔内设置有多个塔板，多个塔板沿精馏塔的高度方向从上到下交错设置。该系统有助于提高反应效率。 | ||
| 权利要求 | 1.一种催化二氧化碳环加成制备环状碳酸酯的系统，其特征在于，包括：环加成反应器、闪蒸罐和精馏塔；所述环加成反应器的产物出口连接所述闪蒸罐的物料进口，所述闪蒸罐的气相出口连接所述精馏塔的物料进口，所述闪蒸罐的液相出口连接所述环加成反应器； |
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| 说明书全文 | 一种催化二氧化碳环加成制备环状碳酸酯的系统技术领域[0001] 本实用新型涉及环状碳酸酯制备技术领域，具体而言，涉及一种催化二氧化碳环加成制备环状碳酸酯的系统。 背景技术[0002] 环状碳酸酯是一类重要的化工产品，在锂离子电池电解质、可降解聚合物单体、有机合成中间体等领域有着广泛的应用和前景。工业上合成环状碳酸酯是采用二氧化碳与环氧化合物进行环加成反应。现有的工艺是采用金属卤化物和铵盐作为催化剂，在反应温度100‑150℃，反应操作压力2.0‑5.0MPa的条件下进行制备。然而，金属卤化物和铵盐中均含有卤素阴离子，在高温高压反应条件下，对金属设备造成严重的腐蚀，对反应器的材质提出了很高的要求。同时，现有工艺所使用的反应器多为釜式反应器，二氧化碳和环氧化合物无法得到充分的混合，气/液相界面积小，导致反应需要在较高的操作压力下进行，反应速率较低。 [0003] 有鉴于此，特提出本实用新型。实用新型内容 [0004] 本实用新型的第一目的在于提供一种催化二氧化碳环加成制备环状碳酸酯的系统，该系统通过在环加成反应器内设置强化传质机组，将二氧化碳分散破碎成微米级别的微气泡，有助于提高与环氧化合物的气液传质面积，从而有助于提高原料转化率和产物收率。 [0005] 本实用新型的第二目的在于提供一种催化二氧化碳环加成制备环状碳酸酯的方法，一方面，该方法采用上述系统实现，有助于提高与环氧化合物的气液传质面积，从而有助于提高原料转化率和产物收率；另一方面，该方法通过采用席夫碱金属和咪唑碳酸氢盐为催化剂，催化活性好，有助于降低反应温度，提高环状碳酸酯的选择性，同时催化剂不含卤素阴离子，有助于降低对金属设备的腐蚀，提高设备使用寿命。 [0006] 为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案： [0007] 本实用新型提供了一种催化二氧化碳环加成制备环状碳酸酯的系统，包括：环加成反应器、闪蒸罐和精馏塔；环加成反应器的产物出口连接闪蒸罐的物料进口，闪蒸罐的气相出口连接精馏塔的物料进口，闪蒸罐的液相出口连接环加成反应器；环加成反应器内部设置有强化传质机组，环加成反应器的侧壁由上至下依次连接有用于通入环氧化合物的第一进料管路和用于通入二氧化碳的第二进料管路，第二进料管路与强化传质机组相连，第二进料管路中的二氧化碳经由强化传质机组处理后进入环加成反应器中，以增强二氧化碳与环氧化合物间的传质效果；精馏塔的物料进口沿精馏塔的高度方向低于精馏塔的中部位置，精馏塔内设置有多个塔板，多个塔板沿精馏塔的高度方向从上到下交错设置。 [0008] 现有技术中，环加成反应所使用的反应器多为釜式反应器，二氧化碳和环氧化合物在反应器中无法得到充分的混合，气/液相界面积小，导致反应需要在较高的操作压力下进行，反应速率较低。本实用新型通过在环加成反应器内设置强化传质机组，可以将二氧化碳分散破碎成为微米级别的微气泡，与环氧化合物混合成为气液乳化物，从而有助于增大二氧化碳与环氧化合物间的气液传质面积，进而有助于降低操作温度和压力，降低反应所需能耗，同时有助于提高反应速率；另外，本实用新型的强化传质机组设置在环加成反应器内部，占地面积小，本征安全性高。 [0009] 在本实用新型的技术方案中，精馏塔的物料进口沿精馏塔的高度方向低于精馏塔的中部位置，精馏塔内设置有多个塔板，多个塔板沿精馏塔的高度方向从上到下交错设置。这种设置方式有助于延长闪蒸罐送入精馏塔中的气相物料的精馏路径，延长精馏时间，从而有助于提高分离效率。 [0010] 优选地，强化传质机组包括第一强化传质反应器和第二强化传质反应器，第一强化传质反应器设置在第二强化传质反应器的上方，且第一强化传质反应器与第二强化传质反应器的出口相对。 [0011] 在该方案中，强化传质机组由第一强化传质反应器和第二强化传质反应器构成，之所以要采用两个强化传质反应器，是为了同时对二氧化碳进行分散破碎，提高分散破碎效率；同时，两个强化传质反应器在排布时，第一强化传质反应器设置在第二强化传质反应器的上方，且两个强化传质反应器的出口相对，这是为了使两股微气泡进行对冲，使得微气泡可以进一步破碎，且有助于促进微气泡的均匀分布，进而有助于进一步提高气液传质面积。 [0012] 优选地，第一强化传质反应器与第二强化传质反应器的出口间设置有连通管道，连通管道的侧壁上设置有多个用于输出内部物料的输出孔。在该方案中，连通管道可以对两股微气泡起到引导作用，引导两股微气泡沿连通管道进行对冲，从而进一步促进微气泡的破碎。连通管道侧壁上的输出孔则可以为破碎后的微气泡提供出口，破碎后的微气泡可以沿该输出孔从连通管道内排出。 [0013] 优选地，连通管道内设置有循环扇叶，循环扇叶用于在第一强化传质反应器和/或第二强化传质反应器输出的微气泡的驱动下旋转，以对连通管道内的内部物料进行搅拌。在该方案中，两个强化传质反应器输出的微气泡可以为循环扇叶的转动提供动力，由此，循环扇叶可以在两股微气泡对冲过程中对微气泡进行搅拌，从而有助于使微气泡的分布更加均匀，且有助于利用循环扇叶进一步切割破碎微气泡。 [0014] 优选地，塔板沿远离精馏塔侧壁的方向由上到下倾斜设置；优选地，塔板的倾斜角度处于[30°,60°]的范围内，其中，塔板的倾斜角度为塔板与精馏塔的侧壁间的夹角。这种倾斜设置的方式有助于进一步延长精馏路径，提高分离效率。且倾斜设置的塔板可以起到引流作用，使精馏塔塔壁上的液相物料(即环状碳酸酯)可以沿塔板引流至精馏塔的中心部分，从而有助于使精馏塔内的热交换有序地不断进行，提高精馏塔的分离效率。 [0015] 优选地，第二进料管路上设置有第一换热器，闪蒸罐的气相出口经由第一换热器与精馏塔的物料进口连接。闪蒸罐的气相出口排出的气相物料可以与第二进料管路中的二氧化碳在第一换热器中进行换热，从而可以充分利用闪蒸罐的气相出口排出的气相物料的余热对二氧化碳进行预热，使二氧化碳在进入环加成反应器前就具有一定的温度，有助于提高原料反应效率。另一方面，这种换热的方式可以降低闪蒸罐的气相出口排出的气相物料的温度，使气相物料中的环氧化合物和环状碳酸酯进行初步分离后进入精馏塔中进一步分离，这有助于提高环氧化合物和环状碳酸酯的分离效率。 [0016] 优选地，还包括第二换热器，环加成反应器的产物出口经由第二换热器连接闪蒸罐的物料进口，精馏塔顶部的物料出口经由第二换热器与第一进料管路相连，以将精馏塔精馏得到的环氧化合物经第一进料管路输送到环加成反应器中。一方面，精馏塔精馏得到的环氧化合物可以直接输送到环加成反应器中继续参与反应，有助于提高原料利用率。另一方面，这种利用精馏塔精馏得到的环氧化合物的余热对环加成反应器输出的物料进行换热的方式可以预先对环加成反应器输出的物料加热，这有助于缩短闪蒸罐对环加成反应器输出的物料的加热时间，降低闪蒸罐的能耗；且这种换热的方式可以降低精馏塔精馏得到的环氧化合物的温度，避免其温度过高影响环加成反应器中的反应效率。同时，该方案中的精馏塔精馏得到的环氧化合物经第一进料管路输送到环加成反应器中，精馏塔精馏得到的环氧化合物可以与第一进料管路中的环氧化合物混合，对环氧化合物进行预热，这有助于提高原料反应效率。 [0017] 本领域所属技术人员可以理解的是，本实用新型所采用的强化传质反应器在本实用新型人在先专利中已有体现，如申请号CN201610641119.6、CN201610641251.7、CN201710766435.0、CN106187660、CN105903425A、CN109437390A、CN205833127U及CN207581700U的专利。在先专利CN201610641119.6中详细介绍了微米气泡发生器(即气泡破碎器)的具体产品结构和工作原理，该申请文件中记载了“微米气泡发生器包括本体和二次破碎件、本体内具有空腔，本体上设有与空腔连通的进口，空腔的相对的第一端和第二端均敞开，其中空腔的横截面积从空腔的中部向空腔的第一端和第二端减小；二次破碎件设在空腔的第一端和第二端中的至少一个处，二次破碎件的一部分设在空腔内，二次破碎件与空腔两端敞开的通孔之间形成一个环形通道。微米气泡发生器还包括进气管和进液管。”从该申请文件中公开的具体结构可以知晓其具体工作原理为：液体通过进液管切向进入微米气泡发生器内，超高速旋转并切割气体，使气体气泡破碎成微米级别的微气泡，从而提高液相与气相之间的传质面积，而且该专利中的微米气泡发生器属于气动式气泡破碎器。 [0018] 另外，在先专利201610641251.7中有记载一次气泡破碎器具有循环液进口、循环气进口和气液混合物出口，二次气泡破碎器则是将进料口与气液混合物出口连通，说明气泡破碎器都是需要气液混合进入，另外从后面的附图中可知，一次气泡破碎器主要是利用循环液作为动力，所以其实一次气泡破碎器属于液动式强化反应器，二次气泡破碎器是将气液混合物同时通入到椭圆形的旋转球中进行旋转，从而在旋转的过程中实现气泡破碎，所以二次气泡破碎器实际上是属于气液联动式气泡破碎器。其实，无论是液动式气泡破碎器，还是气液联动式气泡破碎器，都属于气泡破碎器的一种具体形式，然而本实用新型所采用的强化传质反应器并不局限于上述几种形式，在先专利中所记载的气泡破碎器的具体结构只是本实用新型可采用的其中一种形式而已。 [0019] 此外，在先专利201710766435.0中记载到“气泡破碎器的原理就是高速射流以达到气体相互碰撞”；而且在先专利CN106187660中对于气泡破碎器的具体结构也有相关的记载，具体见说明书中第[0031]‑[0041]段，以及附图部分，其对气泡破碎器S‑2的具体工作原理有详细的阐述，气泡破碎器顶部是液相进口，侧面是气相进口，通过从顶部进来的液相提供卷吸动力，从而达到粉碎成超细气泡的效果，附图中也可见气泡破碎器呈锥形的结构，上部的直径比下部的直径要大，也是为了液相能够更好的提供卷吸动力。 [0020] 由于在先专利申请的初期，气泡破碎器才刚研发出来，所以早期命名为微米气泡发生器(CN201610641119.6)等，随着不断技术改进，后期更名为气泡破碎器，现在本实用新型中的强化传质反应器相当于之前的微米气泡发生器、微界面发生器等，只是名称不一样。综上所述，本实用新型的强化传质反应器属于现有技术。 [0021] 本实用新型还提供了一种催化二氧化碳环加成制备环状碳酸酯的方法，该方法采用上述的系统实现，该方法包括以下步骤：以席夫碱金属和咪唑碳酸氢盐为催化剂，二氧化碳和环氧化合物为原料，进行环加成反应生成环状碳酸酯，席夫碱金属催化剂的结构式为： [0022] [0024] 咪唑碳酸氢盐的结构式为： [0025] [0026] 其中，R1为甲基、乙基、丙基、正丁基、正戊基或正己基。 [0027] 现有技术中，环氧碳酸酯一般通过二氧化碳和环氧化合物在金属卤化物和铵盐的催化作用下进行反应，但该反应存在以下问题：采用的催化剂金属卤化物和铵盐中均含有卤素阴离子，在高温高压条件下，卤素阴离子会对金属设备造成腐蚀，严重影响设备使用寿命。为此，本实用新型提供了一种催化二氧化碳环加成制备环状碳酸酯的方法，该方法采用席夫碱金属和咪唑碳酸氢盐为催化剂，催化活性好，有助于充分降低反应温度，提高环状碳酸酯的选择性，同时催化剂不含卤素阴离子，有助于降低对金属设备的腐蚀，提高设备使用寿命。另外，该方法采用上述实施例中的系统实现，这有助于提高与环氧化合物的气液传质面积，从而有助于降低操作温度和压力，提高原料转化率和产物收率。 [0028] 优选地，环加成反应包括：将二氧化碳经微界面破碎成微米级别的微气泡后，与环氧化合物混合在催化剂的催化下进行环加成反应；优选地，的环氧化合物为环氧乙烷、环氧丙烷、环氧氯丙烷、丁基环氧乙烷、氧化苯乙烯、异丙基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚或氧化环己烯。通过将微界面破碎与二氧化碳环加成反应相结合，提高了二氧化碳与环氧化合物间的气液传质面积，有利于提高反应速率，降低能耗。 [0029] 优选地，环加成反应的温度为25‑80℃，优选为40℃；反应温度可以为25℃、30℃、35℃、40℃、45℃等等。 [0030] 优选地，环加成反应的压力为0.1‑0.3MPa，优选为0.2MPa。反应压力可以为0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa等等。 [0031] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果为： [0032] 1、本实用新型通过在环加成反应器内设置强化传质机组，可以将二氧化碳分散破碎成为微米级别的微气泡，与环氧化合物混合成为气液乳化物，从而有助于增大二氧化碳与环氧化合物间的气液传质面积，进而有助于降低操作温度和压力，降低反应所需能耗，同时有助于提高反应速率。 [0033] 2、本实用新型的强化传质机组设置在环加成反应器内部，占地面积小，本征安全性高。 [0034] 3、在本实用新型的技术方案中，精馏塔的物料进口沿精馏塔的高度方向低于精馏塔的中部位置，精馏塔内设置有多个塔板，多个塔板沿精馏塔的高度方向从上到下交错设置。这种设置方式有助于延长闪蒸罐送入精馏塔中的气相物料的精馏路径，延长精馏时间，从而有助于提高分离效率。 附图说明[0035] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中： [0036] 图1示出根据本实用新型一个实施例的催化二氧化碳环加成制备环状碳酸酯的系统的示意图； [0037] 图2为本实用新型实施例1提供的催化剂SH4‑Al(Cl)的核磁氢谱； [0038] 图3为本实用新型实施例1提供的催化剂SH4‑Al(Cl)的核磁碳谱； [0039] 图4为本实用新型实施例1提供的催化剂[C1C6Im[HCO3]的核磁氢谱； [0040] 图5为本实用新型实施例1提供的催化剂[C1C6Im[HCO3]的核磁碳谱。 [0041] 其中： [0042] 10‑环氧化合物存储罐； 20‑二氧化碳存储罐； [0043] 30‑第一进料管路； 40‑第二进料管路； [0044] 50‑环加成反应器； 501‑第一强化传质反应器； [0045] 502‑连通管道； 503‑循环扇叶； [0046] 504‑第二强化传质反应器； 60‑第二换热器； [0047] 70‑闪蒸罐； 80‑第一换热器； [0048] 90‑精馏塔； 901‑塔板。 具体实施方式[0049] 下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本实用新型，而不应视为限制本实用新型的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。 [0050] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0051] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。 [0052] 根据本实用新型的一个方面，提供了一种催化二氧化碳环加成制备环状碳酸酯的系统。图1示出根据本实用新型一个实施例的催化二氧化碳环加成制备环状碳酸酯的系统的示意图。如图1所示，该系统包括：环加成反应器50、闪蒸罐70和精馏塔90；环加成反应器50的产物出口连接闪蒸罐70的物料进口，闪蒸罐70的气相出口连接精馏塔90的物料进口，闪蒸罐70的液相出口连接环加成反应器50；环加成反应器50内部设置有强化传质机组，环加成反应器50的侧壁由上至下依次连接有用于通入环氧化合物的第一进料管路30和用于通入二氧化碳的第二进料管路40，第二进料管路40与强化传质机组相连，第二进料管路40中的二氧化碳经由强化传质机组处理后进入环加成反应器50中，以增强二氧化碳与环氧化合物间的传质效果；精馏塔90的物料进口沿精馏塔90的高度方向低于精馏塔90的中部位置，精馏塔90内设置有多个塔板901，多个塔板901沿精馏塔90的高度方向从上到下交错设置。 [0053] 在本示例的方案中，第二进料管路40中的二氧化碳经由强化传质机组处理后进入环加成反应器50中。换言之，第二进料管路40中的二氧化碳可以经由强化传质机组分散破碎成微米级别的微气泡。本文中的微米级别的微气泡指的是直径大于等于1μm、小于1mm的微气泡。 [0054] 可选地，强化传质机组可以由一个或多个强化传质反应器组成。该强化传质反应器的具体类型可以包括但不限于气动式强化传质反应器、液动式强化传质反应器以及气液联动式强化传质反应器中的一种或集中。在强化传质机组由多个强化传质反应器组成时，多个强化传质反应器的设置方式可以根据实际需要设置。举例说明，强化传质机组可以包括两个强化传质反应器。在一些实现方案中，两个强化传质反应器可以设置于同一高度，两个强化传质反应器的出口朝向可以相同，例如可以均朝向上方。当然，两个强化传质反应器的出口朝向也可以不同，例如，其中一个强化传质反应器的出口可以朝向上方，另外一个强化传质反应器的出口可以朝向下方。在另一些实现方案中，两个强化传质反应器也可以设置于不同高度。例如，其中一个强化传质反应器可以位于另外一个强化传质反应器的上方。 [0055] 可选地，塔板901可以水平设置于精馏塔90内，也可以倾斜设置于精馏塔90内，例如，可以沿远离所述精馏塔90侧壁的方向由下到上倾斜设置，也可以沿远离所述精馏塔90侧壁的方向由上到下倾斜设置。 [0056] 可选地，第一进料管路30和第二进料管路40上均可以设置泵机。在如图1所示的实施例中，第一进料管路30的入口可以连接环氧化合物存储罐10，第二进料管路40的入口可以连接二氧化碳存储罐20。 [0057] 优选地，如图1所示，强化传质机组包括第一强化传质反应器501和第二强化传质反应器504，第一强化传质反应器501设置在第二强化传质反应器504的上方，且第一强化传质反应器501与第二强化传质反应器504的出口相对。在图1所示的实施例中，第一强化传质反应器501和第二强化传质反应器504均为气动式强化传质反应器。 [0058] 优选地，如图1所示，第一强化传质反应器501与第二强化传质反应器504的出口间设置有连通管道502，连通管道502的侧壁上设置有多个用于输出内部物料的输出孔。多个输出孔分别具有不同的朝向，由此，有助于将连通管道502内破碎后的微气泡沿输出孔分别输出到环加成反应器50内的不同位置，从而有助于使得微气泡的分布更加均匀。 [0059] 优选地，如图1所示，连通管道502内设置有循环扇叶503，循环扇叶503用于在第一强化传质反应器501和/或第二强化传质反应器504输出的微气泡的驱动下旋转，以对连通管道502内的内部物料进行搅拌。 [0060] 优选地，如图1所示，塔板901沿远离精馏塔90侧壁的方向由上到下倾斜设置。优选地，塔板901的倾斜角度处于[30°,60°]的范围内，其中，塔板901的倾斜角度为塔板901与精馏塔90的侧壁间的夹角。在图1所示的实施例中，塔板901的倾斜角度为60°。 [0061] 优选地，如图1所示，第二进料管路40上设置有第一换热器80，闪蒸罐70的气相出口经由第一换热器80与精馏塔90的物料进口连接。 [0062] 优选地，如图1所示，系统还包括第二换热器60，环加成反应器50的产物出口经由第二换热器60连接闪蒸罐70的物料进口，精馏塔90顶部的物料出口经由第二换热器60与第一进料管路30相连，以将精馏塔90精馏得到的环氧化合物经第一进料管路30输送到环加成反应器50中。 [0063] 根据本实用新型的另一方面，提供了一种催化二氧化碳环加成制备环状碳酸酯的方法，方法采用上述任一实施例中的系统实现，方法包括以下步骤：以席夫碱金属和咪唑碳酸氢盐为催化剂，二氧化碳和环氧化合物为原料，进行环加成反应生成环状碳酸酯，席夫碱金属催化剂的结构式为： [0064] [0065] 其中，R为乙基、苯基、环己基或萘基，M为铜、锰、锌或铝，X为Cl、Br、CH3、CH3CO2、BF4或PF6； [0066] 咪唑碳酸氢盐的结构式为： [0067] [0068] 其中，R1为甲基、乙基、丙基、正丁基、正戊基或正己基。 [0069] 优选地，环加成反应包括：将二氧化碳经微界面破碎成微米级别的微气泡后，与环氧化合物混合在催化剂的催化下进行环加成反应。 [0070] 优选地，环氧化合物为环氧乙烷、环氧丙烷、环氧氯丙烷、丁基环氧乙烷、氧化苯乙烯、异丙基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚或氧化环己烯。 [0071] 优选地，环加成反应的温度为25‑80℃，优选为40℃。 [0072] 优选地，环加成反应的压力为0.1‑0.3MPa，优选为0.2MPa。 [0073] 为了更加清晰的对本实用新型中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。 [0074] 实施例1 [0075] 在本实施例中，采用图1所示的系统制备环状碳酸酯。 [0076] 在本实施例中，环氧化合物为环氧丙烷。 [0077] 本实施例的制备环状碳酸酯的方法如下：将席夫碱金属和咪唑碳酸氢盐催化剂装入环加成反应器50中，将环氧丙烷和二氧化碳通入环加成反应器50中，在压力0.2MPa，反应温度为40℃的条件下反应，反应产物进入闪蒸罐70中，其中携带的环氧丙烷和环状碳酸酯在闪蒸罐70中汽化并进入精馏塔90，底部的催化剂输送回环加成反应器50。 [0078] 环氧丙烷、环状碳酸酯在精馏塔90内进行分离，环氧丙烷从精馏塔90顶部的物料出口排出，并经由第一进料管道30输送至环加成反应器50中，产物环状碳酸酯在精馏塔90的底部流出。 [0079] 本实施例中，席夫碱金属化合物的中心金属元素M为铝，桥连基团R为萘基，咪唑碳酸氢盐的R1为甲基，R2为正己基。 [0080] 经测定，环状碳酸酯的生产强度为580kg/m3·h，其核磁氢谱图如图2所示。 [0081] 经检测，精馏塔的分离效率为83％。 [0082] 实施例2‑4 [0083] 采用实施例1的环氧丙烷与二氧化碳反应制碳酸酯的系统及方法，改变席夫碱金属化合物的中心金属元素M，结果如表1所示： [0084] 表1 [0085] [0086] 根据实施例1‑4的数据，可以看出，在制备环状碳酸酯时，采用具有不同中心金属元素M的席夫碱金属化合物作为催化剂时均可以保证系统具有良好的生产强度。其中，中心金属元素M为锌时系统的生产强度最佳。 [0087] 实施例5‑7 [0088] 采用实施例1中的环氧丙烷与二氧化碳反应制环状碳酸酯的系统及方法，改变席夫碱铝化合物的桥连基团R，结果如表2所示： [0089] 表2 [0090] 3实施例 R 环状碳酸酯生产强度(kg/m·h) 5 乙基SH1‑Al(Cl) 482 6 环己基SH2‑Al(Cl) 511 7 苯基SH3‑Al(Cl) 542 [0091] 根据实施例1以及实施例5‑7的数据，可以看出，在制备环状碳酸酯时，采用具有不同桥连基团R的席夫碱金属化合物作为催化剂时均可以保证系统具有良好的生产强度。其中，桥连基团R为苯基时系统的生产强度最佳。 [0092] 实施例8‑12 [0093] 采用实施例1中的环氧丙烷与二氧化碳反应制环状碳酸酯的系统及方法，改变咪唑碳酸氢盐的R1和R2，结果如表3所示： [0094] 表3 [0095] [0096] 根据实施例1、实施例8‑12的数据，可以看出，在制备环状碳酸酯时，采用具有不同R1和R2的咪唑碳酸氢盐作为催化剂时均可以保证系统具有良好的生产强度。其中，R1为正己基，R2为正己基时系统的生产强度最佳。 [0097] 实施例13‑16 [0098] 采用实施例1中的环氧丙烷与二氧化碳反应制环状碳酸酯的系统及方法，改变反应温度，结果如表4所示： [0099] 表4 [0100] [0101] 根据实施例1、实施例8‑12的数据，可以看出，采用席夫碱金属和咪唑碳酸氢盐为催化剂催化二氧化碳环合成制备环状碳酸酯，即使在温度较低(25℃‑45℃)的条件下系统仍然具有良好的生产强度。因此，本实用新型通过采用席夫碱金属和咪唑碳酸氢盐为催化剂，有助于降低制备环状碳酸酯所需的温度。 [0102] 实施例17‑18 [0103] 采用实施例1中的环氧丙烷与二氧化碳反应制环状碳酸酯的系统及方法，改变反应压力，结果如表5所示： [0104] 表5 [0105] [0106] 根据实施例1、实施例8‑12的数据，可以看出，采用席夫碱金属和咪唑碳酸氢盐为催化剂催化二氧化碳环合成制备环状碳酸酯，即使在压力较低(0.1‑0.3MPa)的条件下系统仍然具有良好的生产强度。因此，本实用新型通过采用席夫碱金属和咪唑碳酸氢盐为催化剂，有助于降低制备环状碳酸酯所需的压力。 [0107] 总之，从实施例1‑21的实验数据可以看出，采用席夫碱金属和咪唑碳酸氢盐为催化剂催化二氧化碳环合成制备环状碳酸酯，即使在低温低压的条件下依然具有良好的生产强度，所以本实用新型通过采用席夫碱金属和咪唑碳酸氢盐为催化剂催化二氧化碳环合成，并对反应温度和反应压力进行限定，实现了在较低的温度和压力条件下进行反应，降低了反应能耗，且具有较高的反应效率。 [0108] 实施例19 [0109] 本实施例与实施例1的不同点在于不设置循环扇叶。 [0110] 经测定，环状碳酸酯的生产强度为552kg/m3·h。 [0111] 对比实施例1和实施例19各自测定得到的环状碳酸酯的生产强度，可以发现实施例1中环状碳酸酯的生产强度明显优于实施例19中环状碳酸酯的生产强度。这可能是由于反应过程中循环扇叶可以对微气泡进行搅拌，使微气泡的分布更加均匀，且可以切割破碎微气泡，使微气泡的体积更小，传质面积更大。换言之，实施例1的方案通过设置循环扇叶，较为显著地提高了反应效率。 [0112] 实施例20 [0113] 本实施例与实施例1的不同点在于不设置连通管道，循环扇叶设置在两个强化传质反应器之间。 [0114] 经测定，环状碳酸酯的生产强度为543kg/m3·h。 [0115] 对比实施例19和实施例20各自测定得到的环状碳酸酯的生产强度，可以发现实施例19和实施例20中环状碳酸酯的生产强度相差不大，这可能是由于在未设置连通管道的情况下，两股微气泡对循环扇叶的冲击效果较差，导致循环扇叶的搅拌、切割效果较差。 [0116] 对比实施例1和实施例20各自测定得到的环状碳酸酯的生产强度，可以发现实施例1中环状碳酸酯的生产强度明显优于实施例20中环状碳酸酯的生产强度。这可能是由于以下两方面原因：一方面，连通管道可以对两股微气泡起到引导作用，引导两股微气泡沿连通管道进行对冲，促进微气泡的破碎；另一方面，微气泡在连通管道的引导作用下分布更集中，对循环扇叶的冲击效果更好，使得循环扇叶可以达到较好的搅拌、切割效果，从而进一步提高微气泡的传质面积，且有利于使微气泡地分布更加均匀。 [0117] 综合实施例1、实施例19和实施例20的数据，可以看出，实施例1的方案中，通过将连通管道和循环扇叶相结合，可以显著提高对微气泡的分散破碎效果，提高反应物的相界传质面积，从而有助于进一步提高反应效率。 [0118] 实施例21 [0119] 本实施例与实施例1的不同点在于不设置第二强化传质反应器。 [0120] 经测定，环状碳酸酯的生产强度为467kg/m3·h。 [0121] 对比实施例1和实施例21各自测定得到的环状碳酸酯的生产强度，可以发现实施例1中环状碳酸酯的生产强度明显优于实施例21中环状碳酸酯的生产强度。由此可以看出，实施例1的方案通过采用两个强化传质反应器，并将两个强化传质反应器出口相对，显著提高了反应效率。 [0122] 实施例22 [0123] 本实施例与实施例1的区别在于精馏塔内的塔板水平设置。 [0124] 经检测，精馏塔的分离效率为80％。 [0125] 对比实施例1和实施例22各自得到的精馏塔的分离效率，可以看出实施例1中精馏塔的分离效率较实施例22更佳。这可能是由于将塔板倾斜设置可以进一步延长精馏路径，从而提高了分离效率。 [0126] 对比例1 [0127] 本例与实施例1的不同点在于将强化传质机组替换为环形鼓泡管。 [0128] 经检测，环状碳酸酯的生产强度为398kg/m3·h。 [0129] 对比例1中反应器的结构为相关技术中常用的鼓泡反应器。对比实施例1‑21和对比例1各自测定得到的环状碳酸酯的生产强度，可以发现实施例1‑21中环状碳酸酯的生产强度明显优于对比例1中环状碳酸酯的生产强度。由此可以看出，在相同的反应条件和操作条件下，本申请的技术方案通过应用强化传质机组，显著提高了环状碳酸酯的生产强度。其中，实施例1的方案对环状碳酸酯的生产强度的提高程度最为明显，相较于对比例1，提高了约46％。 [0130] 对比例2 [0131] 本例与实施例1的不同点在于精馏塔内不设置塔板。 [0132] 经检测，精馏塔的分离效率为75％。 [0133] 对比实施例1、实施例22和对比例2各自得到的精馏塔的分离效率，可以看出实施例1和实施例22中精馏塔的分离效率均明显优于对比例2。这说明本申请通过在精馏塔内设置塔板，显著提高了精馏塔的分离效率。 [0134] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。 |
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