一種合成碳酸甲乙酯的方法和專用生產設備的制作方法
【專利摘要】本發明公開的是一種合成碳酸甲乙酯的方法和專用生產設備，其特征在于：在催化劑1作用下環氧乙烷和二氧化碳反應制備碳酸乙烯酯，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行酯交換反應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設備
【技術領域】
[0001]本發明公開的是一種以環氧乙烷、二氧化碳、甲醇、乙醇為原料，通過酯交換反應合成碳酸甲乙酯的方法和用于規模化生產的反應器。
【背景技術】
[0002]碳酸酯系列產品是一種新興的綠色精細化工原料，隨著應用領域的不斷擴大，近十年來該系列產品的研究開發已經成為世界化工研究的熱點之一，伴隨IT產業和綠色化工材料等高新技術產業的迅速發展，被稱為面向二十一世紀的具有戰略意義的最主要的綠色環保能源之一的鋰離子電池產品也得到了高速發展，目前世界各國都在大力研發綠色能源汽車以及替代能源儲存及使用，其中最主要的發展方向是鋰離子動力電池汽車及儲能，這將是今后五至十年世界汽車主要的發展方向，國務院已經在相關文件中明確指明了中國電動汽車的發展規劃，相關行業將會在今后的幾年中得到一個飛速發展的機遇。碳酸酯系列產品作為其電解液主要組分得到了廣泛的應用。
[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-55°C，沸點109°C，閃點23°C，介電常數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，提高使用穩定性及安全性等，同時碳酸甲乙酯也是特種香料和中間體的溶劑，因此有關廣闊的應用前景。
【發明內容】
[0004]本發明的目的就是提供一種合成效率高，催化劑用量少，反應時間短，可用于規模化連續反應生產的碳酸甲乙酯的方法。
[0005]本發明的合成碳酸甲乙酯的工藝方法，包括以下三個反應步驟:
[0006](a)將環氧乙烷、二氧化碳和催化劑I按一定比例加入管式反應器反應生成碳酸乙烯酯，反應式如下:
[0007]
【權利要求】
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反應步驟: (a)將環氧乙烷、二氧化碳和催化劑I加入管式反應器反應生成碳酸乙烯酯，反應式如下:
2.根據權利要求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器內，采用一循環泵給一級管式反應器內的物料打循環，即將一級管式反應器內底部的物料經由循環泵和一級管式反應器外部的管道返回到一級管式反應器的上部，于循環泵與一級管式反應器間的連接管路上設一換熱器，物料經換熱器換熱后循環回至一級管式反應器內； 所述一級管式反應器外壁上設有加熱夾套，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器中，通過調整進氣速度控制反應器壓力穩定在6 ~9Mpa ； (C)將環氧乙烷、催化劑按比例定量加入一級管式反應器中反應，向換熱器殼程中通入冷卻水，調整一級管式反應器中反應物料溫度160~220°C ； 是以四乙基溴化銨為催化劑，加入量為0.1~1.0w/w環氧乙烷；催化劑用碳酸乙烯酯充分溶解后，用計量泵定量打入反應器中； Cd)當一級管式反應器溫度達到180~200°C，液位達到60~80%，視為系統穩定，一級管式反應器向二級管式反應器出料； (e)在二級管式反應器未反應完全的環氧乙烷和二氧化碳繼續反應，得到碳酸乙烯酯餾分； (f)通過控制二級管式反應器出料閥門，調整一級反應器內液位穩定，進而保證反應器的出料速度與進料速度保持一致；(g)碳酸乙烯酯通過連續減壓蒸餾，得到碳酸乙烯酯粗產品。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于: 一級管式反應器上部設有催化劑和由循環泵打循環的物料入口 ；于循環管道換熱器之前設有環氧乙烷物料入口，即于一級管式反應器與換熱器間的連接管路上設環氧乙烷物料入口 ；于一級管式反應器下部設有氣體分布器，反應過程通入一級管式反應器中的二氧化碳經氣體分布器分布后，由反應器下部均勻分布，上升與物料形成返混； 所述一級管式反應器外壁上設有加熱或冷卻夾套設置于一級管式反應器下部，其為外夾套，可用0.6-0.8MPa低壓飽和蒸汽對反應器內物料進行伴熱升溫。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于:一級管式反應器上部設有液位計，反應出料時，用于觀察一級管式反應器液位的升降，液位升高表示出料速度低于進料速度，液位降低表示出料速度高于進料速度，通過調節出料閥門開度，可實現反應進出料平衡的精確控制； 環氧乙烷加入一級管式反應器中的過程為:環氧乙烷加入至經循環泵給物料打循環的循環管道中，環氧乙烷由循環管道加入一級管式反應器上部，在進入一級管式反應器反應前與循環稀釋劑或物料進行充分接觸，降低了單位濃度，可以避免因環氧乙烷濃度高造成的自聚合，以及因反應速度過快，放熱劇烈等現象； 反應器出料量與循環量之體積比為1:25~50。
5.根據權利要求2所述方法，其特征在于: 所述方法采用的生產設備包括:一級管式反應器、二級管式反應器、循環泵、換熱器、連續蒸餾塔； 一級管式反應器包括密閉的罐體，罐體內底部設有氣體分布器，氣體分布器通過管路與罐體上設置的二氧化碳進口相連，罐體上部設有物料入口，罐體底部設有物料出口 ； 二級管式反應器包括密閉的罐體，罐體底部設有物料入口、罐體中部和/或上部設有物料出口 ； 一級管式反應器的物料出口與二級管式反應器的物料入口通過管路相連，于一級管式反應器的底部設有循環物料出口 ；循環物料出口經循環泵、換熱器與一級管式反應器的物料入口相連通，于循環物料出口與一級管式反應器的物料入口間的相連管路上設有環氧乙烷加料口 ； 二級管式反應器的物料出口經一緩沖罐減壓后與連續蒸餾塔的物料入口相連，連續蒸餾塔的物料出口直接接一粗產品儲罐。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于:一級管式反應器上部設有液位計； 所述一級管式反應器外壁上設有加熱伴熱保溫夾套； 二級管式反應器的物料出口處設有出料閥門； 采用連續蒸餾塔脫除碳酸乙烯酯中的催化劑； 所述連續蒸餾塔設有2臺并聯的塔釜再沸器，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，塔釜再沸器2物料入口和蒸汽出口閥門關閉，由物料排凈口排出催化劑；塔釜再沸器2蒸餾時，塔釜再沸器I排催化劑。
7.根據權利要求1所述的方法， 其特征在于:步驟(b)酯交換反應在連續反應精餾塔中進行，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精餾塔中； 酯交換反應在連續反應精餾塔中進行，碳酸乙烯酯和甲醇的摩爾比為1:4~20 ; 酯交換反應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)系統穩定后，塔頂連續餾出甲醇-碳酸二甲酯共沸物，塔釜餾出乙二醇餾分，調整出料閥門開度，控制出料速度與進料速度一致； Cd)甲醇共沸物經加計量泵加壓后，送入甲醇加壓精餾塔； (e)塔釜再沸器采用導熱油進行加熱，通過調節塔釜再沸器導熱油流量，控制塔釜溫度在 170 ~250 0C ； (f)系統穩定后，塔頂得到高純度甲醇餾分，用泵回用至步驟(a)的精餾塔中，塔釜得到碳酸二甲酯精產品，用泵送至DMC精制塔； (g)DMC精制塔采用連續精餾，塔頂得到甲醇-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，采用連續精餾，塔頂得到甲醇餾份，回用至步驟(a)精餾塔中，在乙二醇精制塔中上部位置設置側線出料，采出高純度的乙二醇產品，高沸點物由塔釜間歇采出。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于: 酯交換反應所需的反應壓力為常壓； 甲醇加壓精餾塔所需的反應壓力為0.7~3.0Mpa ;DMC精制塔所需的反應壓力為常壓。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(c)酯交換反應在間歇反應精餾塔中進行，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精餾塔中； 酯交換反應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)系統穩定后，塔頂在64.5~100°C依次餾出甲醇-碳酸二甲酯共沸物和EMC粗產品，甲醇共沸物用泵回送至甲醇加壓精餾塔，EMC粗產品送至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、碳酸二乙酯產品，高沸點組分由塔釜排出。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于: EMC反應精餾塔所需的反應壓力為常壓； EMC產品精制塔所需的反應壓力為-0.9~-0.5Mpa ； EMC產品精制塔所需的反應溫度為40~80°C ； EMC產品精制塔采用內回流精餾塔； 所述內回流精餾塔采用CY700不銹鋼絲網波紋填料；所述內回流精餾塔填料高度為8-14m，從上至下每隔2-3m分段設置有液體收集器和液體再分布器； 所述內回流精餾塔從塔頂第I個和2個液體收集器位置設置2個側線出料； 所述內回流精餾塔設有在液`體再分布器位置設置測溫點。
【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 優先權日:2012年9月26日
【發明者】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