一种合成碳酸甲乙酯的方法和专用生产设备的制作方法
【专利摘要】本发明公开的是一种合成碳酸甲乙酯的方法和专用生产设备，其特征在于：在催化剂1作用下环氧乙烷和二氧化碳反应制备碳酸乙烯酯，在催化剂2作用下碳酸乙烯酯与甲醇酯交换反应制备碳酸二甲酯和乙二醇，在催化剂3作用下碳酸二甲酯与乙醇进行酯交换反应制备碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯。
【专利说明】一种合成碳酸甲乙酯的方法和专用生产设备
【技术领域】
[0001]本发明公开的是一种以环氧乙烷、二氧化碳、甲醇、乙醇为原料，通过酯交换反应合成碳酸甲乙酯的方法和用于规模化生产的反应器。
【背景技术】
[0002]碳酸酯系列产品是一种新兴的绿色精细化工原料，随着应用领域的不断扩大，近十年来该系列产品的研究开发已经成为世界化工研究的热点之一，伴随IT产业和绿色化工材料等高新技术产业的迅速发展，被称为面向二十一世纪的具有战略意义的最主要的绿色环保能源之一的锂离子电池产品也得到了高速发展，目前世界各国都在大力研发绿色能源汽车以及替代能源储存及使用，其中最主要的发展方向是锂离子动力电池汽车及储能，这将是今后五至十年世界汽车主要的发展方向，国务院已经在相关文件中明确指明了中国电动汽车的发展规划，相关行业将会在今后的几年中得到一个飞速发展的机遇。碳酸酯系列产品作为其电解液主要组分得到了广泛的应用。
[0003]碳酸甲乙酯(EMC)是近年来兴起的高科技、高附加值的化工产品，英文名EthylMethyl Carbonate,分子式C4H8O3,分子量104.1,无色透明液体，密度1.00g/cm3,熔点-55°C，沸点109°C，闪点23°C，介电常数2.9c/v.m。碳酯甲乙酯可用于可充电电池，作为金属锂离子电池非水溶液电介质的共溶剂，可以提高电池的性能，如提高其能量密度，增大放电能力，提高使用稳定性及安全性等，同时碳酸甲乙酯也是特种香料和中间体的溶剂，因此有关广阔的应用前景。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是提供一种合成效率高，催化剂用量少，反应时间短，可用于规模化连续反应生产的碳酸甲乙酯的方法。
[0005]本发明的合成碳酸甲乙酯的工艺方法，包括以下三个反应步骤:
[0006](a)将环氧乙烷、二氧化碳和催化剂I按一定比例加入管式反应器反应生成碳酸乙烯酯，反应式如下:
[0007]
【权利要求】
1.一种合成碳酸甲乙酯的方法，其特征在于:该方法包括以下三个反应步骤: (a)将环氧乙烷、二氧化碳和催化剂I加入管式反应器反应生成碳酸乙烯酯，反应式如下:
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(a)采用相互串连的二级管式反应器，具体操作步骤如下: (a)将作为稀释剂的碳酸乙烯酯装入一级管式反应器内，采用一循环泵给一级管式反应器内的物料打循环，即将一级管式反应器内底部的物料经由循环泵和一级管式反应器外部的管道返回到一级管式反应器的上部，于循环泵与一级管式反应器间的连接管路上设一换热器，物料经换热器换热后循环回至一级管式反应器内； 所述一级管式反应器外壁上设有加热夹套，向换热器通入0.6-0.SMPa低压饱和蒸汽，把物料温度升至130~200°C ； (b)将二氧化碳通入一级管式反应器中，通过调整进气速度控制反应器压力稳定在6 ~9Mpa ； (C)将环氧乙烷、催化剂按比例定量加入一级管式反应器中反应，向换热器壳程中通入冷却水，调整一级管式反应器中反应物料温度160~220°C ； 是以四乙基溴化铵为催化剂，加入量为0.1~1.0w/w环氧乙烷；催化剂用碳酸乙烯酯充分溶解后，用计量泵定量打入反应器中； Cd)当一级管式反应器温度达到180~200°C，液位达到60~80%，视为系统稳定，一级管式反应器向二级管式反应器出料； (e)在二级管式反应器未反应完全的环氧乙烷和二氧化碳继续反应，得到碳酸乙烯酯馏分； (f)通过控制二级管式反应器出料阀门，调整一级反应器内液位稳定，进而保证反应器的出料速度与进料速度保持一致；(g)碳酸乙烯酯通过连续减压蒸馏，得到碳酸乙烯酯粗产品。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于: 一级管式反应器上部设有催化剂和由循环泵打循环的物料入口 ；于循环管道换热器之前设有环氧乙烷物料入口，即于一级管式反应器与换热器间的连接管路上设环氧乙烷物料入口 ；于一级管式反应器下部设有气体分布器，反应过程通入一级管式反应器中的二氧化碳经气体分布器分布后，由反应器下部均匀分布，上升与物料形成返混； 所述一级管式反应器外壁上设有加热或冷却夹套设置于一级管式反应器下部，其为外夹套，可用0.6-0.8MPa低压饱和蒸汽对反应器内物料进行伴热升温。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:一级管式反应器上部设有液位计，反应出料时，用于观察一级管式反应器液位的升降，液位升高表示出料速度低于进料速度，液位降低表示出料速度高于进料速度，通过调节出料阀门开度，可实现反应进出料平衡的精确控制； 环氧乙烷加入一级管式反应器中的过程为:环氧乙烷加入至经循环泵给物料打循环的循环管道中，环氧乙烷由循环管道加入一级管式反应器上部，在进入一级管式反应器反应前与循环稀释剂或物料进行充分接触，降低了单位浓度，可以避免因环氧乙烷浓度高造成的自聚合，以及因反应速度过快，放热剧烈等现象； 反应器出料量与循环量之体积比为1:25~50。
5.根据权利要求2所述方法，其特征在于: 所述方法采用的生产设备包括:一级管式反应器、二级管式反应器、循环泵、换热器、连续蒸馏塔； 一级管式反应器包括密闭的罐体，罐体内底部设有气体分布器，气体分布器通过管路与罐体上设置的二氧化碳进口相连，罐体上部设有物料入口，罐体底部设有物料出口 ； 二级管式反应器包括密闭的罐体，罐体底部设有物料入口、罐体中部和/或上部设有物料出口 ； 一级管式反应器的物料出口与二级管式反应器的物料入口通过管路相连，于一级管式反应器的底部设有循环物料出口 ；循环物料出口经循环泵、换热器与一级管式反应器的物料入口相连通，于循环物料出口与一级管式反应器的物料入口间的相连管路上设有环氧乙烷加料口 ； 二级管式反应器的物料出口经一缓冲罐减压后与连续蒸馏塔的物料入口相连，连续蒸馏塔的物料出口直接接一粗产品储罐。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于:一级管式反应器上部设有液位计； 所述一级管式反应器外壁上设有加热伴热保温夹套； 二级管式反应器的物料出口处设有出料阀门； 采用连续蒸馏塔脱除碳酸乙烯酯中的催化剂； 所述连续蒸馏塔设有2台并联的塔釜再沸器，物料入口和蒸汽出口采用阀门切换；塔釜再沸器交替操作，塔釜再沸器I蒸馏时，塔釜再沸器2物料入口和蒸汽出口阀门关闭，由物料排净口排出催化剂；塔釜再沸器2蒸馏时，塔釜再沸器I排催化剂。
7.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于:步骤(b)酯交换反应在连续反应精馏塔中进行，具体操作步骤如下:(a)把碳酸乙烯酯、甲醇和催化剂按一定比例定量加入反应精馏塔中； 酯交换反应在连续反应精馏塔中进行，碳酸乙烯酯和甲醇的摩尔比为1:4~20 ; 酯交换反应是以甲醇钠为催化剂，催化剂的加入量为0.001~0.03: lw/w(精馏塔中的所有反应物料); (b)向塔釜再沸器中通入蒸汽，向塔顶冷却器中通入冷却水，控制塔釜温度在60~150°C，塔顶温度控制在60~80°C ； (c)系统稳定后，塔顶连续馏出甲醇-碳酸二甲酯共沸物，塔釜馏出乙二醇馏分，调整出料阀门开度，控制出料速度与进料速度一致； Cd)甲醇共沸物经加计量泵加压后，送入甲醇加压精馏塔； (e)塔釜再沸器采用导热油进行加热，通过调节塔釜再沸器导热油流量，控制塔釜温度在 170 ~250 0C ； (f)系统稳定后，塔顶得到高纯度甲醇馏分，用泵回用至步骤(a)的精馏塔中，塔釜得到碳酸二甲酯精产品，用泵送至DMC精制塔； (g)DMC精制塔采用连续精馏，塔顶得到甲醇-碳酸二甲酯共沸物，塔釜得到碳酸二甲酷粗广品； (h)步骤(c)乙二醇馏份送至乙二醇精制塔，采用连续精馏，塔顶得到甲醇馏份，回用至步骤(a)精馏塔中，在乙二醇精制塔中上部位置设置侧线出料，采出高纯度的乙二醇产品，高沸点物由塔釜间歇采出。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于: 酯交换反应所需的反应压力为常压； 甲醇加压精馏塔所需的反应压力为0.7~3.0Mpa ;DMC精制塔所需的反应压力为常压。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(c)酯交换反应在间歇反应精馏塔中进行，具体操作步骤如下: Ca)把碳酸二甲酯、乙醇和催化剂按一定比例定量加入反应精馏塔中； 酯交换反应是以甲醇钠为催化剂，催化剂的加入量为0.001~0.03: lw/w(精馏塔中的所有反应物料); 碳酸二甲酯和乙醇的摩尔比为1: 1.0~1.4; (b)向塔釜再沸器中通入蒸汽，向塔顶冷却器中通入冷却水，控制塔釜温度在60~150°C，塔顶温度控制在60~110°C ； (c)系统稳定后，塔顶在64.5~100°C依次馏出甲醇-碳酸二甲酯共沸物和EMC粗产品，甲醇共沸物用泵回送至甲醇加压精馏塔，EMC粗产品送至EMC精制塔； (d)EMC精制塔采用真空间歇精馏方法，塔顶依次得到碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯产品，高沸点组分由塔釜排出。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于: EMC反应精馏塔所需的反应压力为常压； EMC产品精制塔所需的反应压力为-0.9~-0.5Mpa ； EMC产品精制塔所需的反应温度为40~80°C ； EMC产品精制塔采用内回流精馏塔； 所述内回流精馏塔采用CY700不锈钢丝网波纹填料；所述内回流精馏塔填料高度为8-14m，从上至下每隔2-3m分段设置有液体收集器和液体再分布器； 所述内回流精馏塔从塔顶第I个和2个液体收集器位置设置2个侧线出料； 所述内回流精馏塔设有在液`体再分布器位置设置测温点。
【文档编号】C07C68/06GK103664627SQ201210361587
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2012年9月26日
【发明者】刘岩, 石兴禹, 许兆石, 程贵刚, 杜天红, 杨琪 申请人:辽宁港隆化工有限公司