尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺及原料混合器和釜式反应器的制造方法

尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺及原料混合器和釜式反应器的制造方法
【专利摘要】一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺是由带外强制循环泵的原料混合器、多个带有外强制循环泵的串联的釜式反应器、真空泵、反应液加热器、反应过程中的气相冷凝器、真空切换出料罐所组成。使尿素、多元醇和催化剂的配料过程连续化，并能使反应过程中所需的反应时间得到保证，同时还能及时移除副产物氨气，促进反应正向进行，达到提高转化率和选择性、易于自动化控制和大规模连续稳定生产的目的。通过该工艺过程合成的环状碳酸酯收率达到96%以上。
【专利说明】尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺及原料混合器和釜式反 应器

【技术领域】
[0001] 本发明属于涉及一种制备环状碳酸酯的反应工艺，具体说涉及一种以尿素和多元 醇为原料合成环状碳酸酯连续反应工艺及原料混合器和釜式反应器。 技术背景
[0002] 环状碳酸酯(碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甘油酯等）是近年来颇受国内外重视 的新型"绿色"化工产品。其中的碳酸乙烯酯是聚丙烯腈、聚氯乙烯的良好溶剂，可用作纺 织上的抽丝液，也可直接作为脱除酸性气体的溶剂及混凝土的添加剂，在医药上可用作制 药的组分和原料，还可用作塑料发泡剂及合成润滑油的稳定剂，在电池工业上可作为锂电 池电解液的优良溶剂；碳酸丙烯酯在电子工业上可作高能电池及电容器的优良介质，高分 子工业上可作聚合物的溶剂和增塑剂，也可用作胶黏剂和密封剂的增塑剂，还可用作酚醛 树脂固化促进剂和水溶性胶黏剂颜填料的分散剂，同时也是化工行业是合成碳酸二甲酯的 主要原料，也可用于脱除天然气、石油裂解气中二氧化碳和硫化氢，另外，还可用于纺织、印 染等工业领域；碳酸甘油酯可作为高极性溶剂或高聚物中间体，通过与对应酸、酯或是酸的 衍生物进行酯交换反应可以用来制备其它的环状碳酸烯酯，也是一种新型气体分离膜材料 的重要组成部分，可作为聚亚氨酯发泡粒子的组成部分和表面活性剂的原料，可用于多类 物质的新型溶剂和反应溶剂，具有不挥发、无毒、对环境无污染等优点，可以减少可挥发性 有机物（V0C)的使用，还可作为衣料原料，作为涂料工业的潜在原料。
[0003] 环状碳酸酯可通过co2与相应的环氧烷烃制得，也可通过尿素与相应的多元醇制 得，还可通过碳酸二甲酯与相应的多元醇来制备，以及co 2与多元醇反应制得。其中的尿素 与相应的多元醇反应制备环状碳酸酯的方法具有原料来源丰富、价格低廉的优势，具有较 强的经济性，已引起业界的极大兴趣。
[0004] 中国发明专利CN1298696C发明了一种以脂肪族二元醇为循环剂的尿素醇解合成 碳酸二甲酯的方法，该方法中提到了以金属氧化物，如氧化镁、氧化钙、氧化锶、氧化钡、氧 化铝、氧化铅、氧化铜、氧化铅、氧化钛、氧化锌、氧化锆、氧化钥、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氧 化镧中的两种或两种以上组分为催化剂，但未涉及便于产业化的反应工艺；中国发明专利 CN100519506C描述了一种单体有机碳酸酯的生产方法，在该方法的第一阶段中，将尿素、取 代的尿素、氨基甲酸的盐或酯或N位取代的衍生物溶解于聚亚烷基二醇、聚酯多元醇或聚 醚多元醇中，或溶解于这些化合物的混合物种，并使用促进氨或胺分解的催化剂，使上述原 料转化为含有碳酸酯和氨基甲酸酯的混合物，同时通过提留气将游离的氨或胺从反应混合 物中除去，但未涉及具体的反应工艺；中国实用新型专利CN2873777Y发明了尿素与丙二醇 合成碳酸丙烯酯的生产装置，该装置包括：带搅拌的釜式反应器、冷凝接受系统、真空系统 和催化剂离心分离回收系统。该装置虽然能够满足生产工艺的要求，但采用单独的釜式间 歇反应工艺，不便于大规模的工业生产。


【发明内容】

[0005] 本发明的目的是提供一种既方便操作，又便于大规模工业实施的由尿素和多元醇 尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺及原料混合器和釜式反应器。
[0006] 该工艺是由带外强制循环泵的专用原料混合器、多个带有外强制循环泵的串联的 专用釜式反应器、真空系统、反应液加热系统、反应过程中的气相冷凝回流系统、真空切换 出料罐、调节控制系统所组成。使尿素、多元醇和催化剂的配料过程连续化，并能使反应过 程中所需的反应时间得到保证，同时还能及时移除副产物氨气，促进反应正向进行，达到提 高转化率和选择性、易于自动化控制和大规模连续稳定生产的目的。通过该工艺过程合成 的环状碳酸酯收率达到96%以上。
[0007] 本发明尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺，包括如下步骤： (1) 将尿素、多元醇以及催化剂按比例要求连续送至带有外强制循环泵的原料混合器 的上部，尿素、多元醇以及催化剂在原料混合器中形成混合物料后，从原料混合器釜底出料 口流出，并通过原料混合器带有的加热器将混合物料加热，并在循环采出比的条件下配成 原料混合液； (2) 步骤（1)原料混合液经调节阀调节流量后，从第一台釜式反应器顶部连续进入带有 外强制循环泵的第一台釜式反应器中，同时开动第一台釜式反应器的搅拌、启动真空泵，并 将第一台釜式反应器的真空度调节至反应要求的压力，然后开动第一台釜式反应器带有的 外强制循环泵，从第一台釜式反应器釜底出料口流出的反应液用第一台釜式反应器外强制 循环泵进行强制外循环，并通过第一台釜式反应器带有的反应液加热器将反应液加热至反 应要求的温度进行反应，反应产生的氨气以及多元醇气体从第一台釜式反应器顶部流出， 并通过第一台釜式反应器带有的冷凝器冷凝回收多元醇后，多元醇重新回流到第一台釜式 反应器内，氨气由真空泵排出，同时按循环采出比将第一台釜式反应器内的反应液在外强 制循环过程中连续打回到第一台釜式反应器内时并采出；打回到第一台釜式反应器内的反 应液通过管式液体分布器均匀的分散回到第一台釜式反应器内；第一台釜式反应器采出液 连续进入到带有外强制循环泵的第二台反应釜中，重复上述操作过程，以此类推，反应液依 次进入后续的釜式反应器中进行反应，直至在最后一台釜式反应器的反应液中检测不到尿 素为止，则完成了整个连续反应过程； (3) 连续反应过程完成后，从最后一台釜式反应器按照循环采出比将含有环状碳酸酯 的物料连续送至真空切换出料罐中，反应产生的氨气以及多元醇气体从真空切换出料罐顶 部流出通,并通过冷凝器回收多元醇后，多元醇重新回流到真空切换出料罐中，氨气由真空 泵排出，通过真空切换出料罐底部的出料口将反应产物采出。
[0008] 如上所述的连续反应过程中，需控制各釜式反应器的进料量，以及各外强制循环 泵的循环采出比，使各釜式反应器内的液位不能超过反应容积的2/3,也不能少于反应容积 的 1/5 ; 如上所述步骤（1)中，多元醇、尿素，以及催化剂的加入质量比为76- 240 :40- 60 :1。
[0009] 如上所述的多元醇包括乙二醇、丙二醇或甘油等原料； 如上所述的催化剂包括碳酸钠、碳酸钾、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化锶、三氧 化二铝、三氧化二铁、四氧化三铁等金属氧化物，或由两种或三种这些金属氧化物配制而成 的混合物； 如上所述的环状碳酸酯可以是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸甘油酯等产物； 如上所述步骤（1)混合物料的加热温度为25-KKTC，物料强制循环的循环采出比为 1-20:1，循环采出比可通过调节阀控制； 如上所述的连续反应过程中，各台釜式反应器内物料的反应条件为：压力 100-600mmHg，温度120-200°C，物料物料强制循环的循环采出比为1-20:1，循环采出比可 通过调节阀分别加以控制。
[0010] 如上所述的串联釜式反应器的台数至少为2台。
[0011] 为了完成本发明的目的，设计了专用原料混合器和釜式反应器。
[0012] 本发明的原料混合器包括塔体，塔釜，折流板和溢流堰，其特征在于塔体内置的折 流板和溢流堰构成塔式结构，塔顶有混合物料循环流入口，在距塔顶1〇〇-1〇〇〇_处设有多 元醇进料口、尿素进料口和催化剂进料口，多元醇进料口、尿素进料口以及催化剂进料口 在同一平面上或不同一平面上；距最低进料口以下200-1000mm处安装第一块带有溢流堰 的折流板，折流板向下倾斜的角度为0-10°，溢流堰的高度为l-l〇〇mm，溢流堰距另一侧 塔壁的距离50-200mm ;距第一块带有溢流堰的折流板以下100-500mm处，在第一块带有溢 流堰的折流板的对面的塔壁安装第二块带有溢流堰的折流板，折流板向下倾斜的角度为 0-10°，溢流堰的高度为l-l〇〇mm，溢流堰距另一侧塔壁的距离50-200mm ;以此类推，在塔 体内交替安装带有溢流堰的折流板共5-80块；距最后一块折流板以下100 - 200 mm处为 塔釜，塔釜的高度为500 - 3000mm，其直径大于塔体的直径；塔体直径为300 - 20000mm ;塔 釜底部设有混合物料出口，混合物料出口的管径为Φ 50 - 275mm。
[0013] 如上所述的原料混合器的塔釜混合物料出连有强制循环泵，强制循环泵的出口连 有液体加热器；混合物料的热量由液体加热器提供。
[0014] 本发明的荃式反应器包括壳体，搅拌器，管式液体分布器，其特征在于壳体外有夹 套，壳体内距壳体顶部100 - 500mm处设有管式液体分布器，以便强制循环回釜内的反应液 能够均匀分散，利于反应液中氨气的逸出，促进反应的正向进行，在壳体顶部有原料入口， 气体出口和分离多元醇入口，并通过壳体顶部安装有搅拌器，壳体底部有反应液出口，管式 液体分布器盘管的中心点位于壳体的中心线上，套在搅拌轴上，与外强制循环回流口水平 连接，并通过不锈钢板条固定于壳体内壁上。
[0015] 如上所述的管式液体分布器为管径Φ 15 - 50mm的不锈钢管盘成的直径为200 - 500mm的圆环，在圆环上均勻布置直径为5 - 25mm的圆形液体分布小孔3 - 25个，液体分 布小孔的方向与圆环垂直向下垂线的偏向反应荃荃壁方向的夹角成0 - 45°。
[0016] 如上所述的釜式反应器反应液出口连有强制循环泵，强制循环泵的出口连有液体 加热器；混合物料的热量分别由进出夹套的加热介质以及液体加热器提供。
[0017] 如上所述的连续反应过程中，各釜式反应器的反应压力由真空泵提供，并通过调 节阀分别控制反应釜内的压力； 如上所述的连续反应过程中，各专用反应釜分别连有外置或坐于釜盖上的冷凝器； 如上所述的反应过程中，各釜式反应器产生的气相组分经冷凝器冷凝后，多元醇凝液 分别回流至反应釜内，不凝气氨气则由真空泵104排出。
[0018] 如上所述的反应过程中，冷凝器使用的冷凝介质的温度为20 - 80°C。
[0019] 如上所述的反应过程中，最后一台釜式反应器所带的外强制循环泵也与真空切换 出料罐相连。
[0020] 如上所述的真空切换出料罐为2台，切换使用，最后一台专用反应釜流出的含有 环状碳酸酯的物料连续送至1台真空切换出料罐中进行气液分离，当第1台真空切换出料 罐需要放出含有环状碳酸酯的反应液时，最后一台釜式反应器流出的含有环状碳酸酯的物 料切换到么2台真空切换出料罐中，循环切换使用。
[0021] 本发明与现有技术相比具有优点如下： 1. 专用原料混合器可实现尿素、多元醇，以及催化剂配料的连续进行，便于大规模生产 操作； 2. 多釜串联连续反应工艺，避免了单釜间歇操作时的频繁升温和降温所带来的能量消 耗，以及产品质量不稳定的弊端，起到了节能稳定的作用。
[0022] 3.分别带有外强制循环的串联的釜式反应器即可实现反应的连续进行，也能通过 调节循环采出比控制各釜的反应时间的长短，确保尿素转化完全，利于大规模生产的连续 稳定运行； 4. 专用釜式反应器所带有的液体分布器，在保证循环回釜内的液体的分布均匀的同 时，也可扩大液体的分散面，有利于循环回釜内液体中的氨气的逸出，促进反应的进行； 5. 在反应过程中采用外强制循环的方式可有效避免液固反应过程中因釜式搅拌效 果不好所引起的固体原料和催化剂沉入釜底的现象，能强化釜式反应器内液固相的均匀分 散，有利于反应的进行； 6. 串联的各专用釜式反应器分别带有各自的外强制循环泵、液体加热器、冷凝器，以及 真空调节阀，生产过程中即可使各串联的专用釜式反应器内的物料在相同的反应温度和压 力条件下进行，也可使各串联的专用釜式反应器内的物料在不同的反应温度和压力的条件 下进行，有利于反应工艺条件的控制。

【专利附图】

【附图说明】
[0023] 图1是本发明的工艺流稈示意图。
[0024] 图2是本发明的場、'级狼全隳。
[0025] 图3是本发明的苍去反南繁。
[0026] 如图1所示：101为原料混合器；102A、102B、102C为釜式反应器；103AU03B为 真空切换出料罐；104为真空泵；105八、1058、105(：、10^)为强制循环泵 ；1064、1068、106(：、 106D为加热器；107A、107B、107C、107D、107E为冷凝器 ；108A、108B、108C为管式液体分布 器；109A、109B、109C为搅拌器；110为多元醇进料口；111为尿素进料口； 112为催化剂进料 口； 113为混合物料出口； 114为混合物料循环流入口； 115为折流板；116为溢流堰；117A、 117B、117C、117D、117E、117F、117G 为调节阀；118A、118B、118C、118D、118E为真空调节阀； 119A、119B 为进料阀；12(^、12(?、120(：、1200、12(^放料阀；12认、1218放空阀；122六、1228、 122C为外强制循环回流口；T为温度传感器；P为压力传感器；L为液位传感器，Μ为电机； 201为塔体，202为塔釜，301为壳体；302为夹套；303为反应液出口；304为原料入口；305 为分离多元醇入口；306为气体出口；122 (图1中的122A、122B、122C)为外强制循环回流 口；108 (图 1 中的 108A、108B、108C)为管式液体分布器；109 (图 1 中的 109A、109B、109C) 为搅拌器。

【具体实施方式】
[0027] 实施例1 : 本发明的原料混合器101包括塔体201，塔釜202,折流板115和溢流堰116,其特征 在于塔体201内置的折流板115和溢流堰116构成塔式结构，塔顶有混合物料循环流入口 114 ； 在距塔顶100mm处设有多元醇进料口 110、尿素进料口 111和催化剂进料口 112,多元 醇进料口 110、尿素进料口 111以及催化剂进料口 112在同一平面上；距最低进料口以下 100mm处安装第一块带有溢流堰116的折流板115,折流板115向下倾斜的角度为0°，溢 流堰116的高度为1mm，溢流堰116距另一侧塔壁的距离50mm ;距第一块带有溢流堰116的 折流板115以下100mm处，在第一块带有溢流堰116的折流板115的对面的塔壁安装第二 块带有溢流堰116的折流板115,折流板115向下倾斜的角度为0°，溢流堰116的高度为 1mm，溢流堰116距另一侧塔壁的距离50mm ;以此类推，在塔体201内交替安装带有溢流堰 116的折流板115共80块；距最后一块折流板115以下100mm处为塔釜202,塔釜202的高 度为500mm，其直径大于塔体的直径；塔体201直径为300mm ;塔釜202底部设有混合物料出 口 113,混合物料出口 113的管径为Φ 50mm。
[0028] 本发明的釜式反应器包括壳体301，搅拌器109,管式液体分布器108,其特征在于 壳体301外有夹套302,壳体301内距壳体301顶部100mm处设有管式液体分布器108,以便 强制循环回釜内的反应液能够均匀分散，利于反应液中氨气的逸出，促进反应的正向进行， 在壳体301顶部有原料入口 304,气体出口 306和分离多元醇入口 305,并通过壳体301顶 部安装有搅拌器109,壳体301底部有反应液出口 303,其中管式液体分布器为管径Φ 15mm 的不锈钢管盘成的直径为200mm的圆环，在圆环上均匀布置直径为5mm的圆形液体分布小 孔3个，液体分布小孔的方向与圆环垂直向下垂线的偏向反应釜釜壁方向的夹角成0°，管 式液体分布器108盘管的中心点位于壳体301的中心线上，套在搅拌轴上，与外强制循环回 流口 122水平连接，并通过不锈钢板条固定于壳体301内壁上。
[0029] 如附图1所示，在真空系统104、冷凝器107A、107B、107C、107D、107E，以及加热器 106A、106B、106C、106D开启的条件下，将乙二醇、尿素，以及催化剂氧化钙粉末按76:60:1 的配料比分别由原料混合器101的乙二醇进料口 110、尿素进料口 111，以及催化剂进料口 112连续不断地加入到原料混合器101中，原料在原料混合器101内向下流动，并通过折流 板115的折流作用得到混合。流到原料混合器101塔釜202的物料，在外强制循环泵105A 的作用下，通过加热器106A加热至25°C后，调节调节阀117A和117B，使物料按循环采出 比1:1的比例一部分自原料混合器101顶部的混合物料循环流入口 114循环回原料混合器 101内，另一部分打入第一个釜式反应器102A内。通过真空调节阀118A调节第一个釜式 反应器102A内的压力为600mmHg柱，开启搅拌器109A，并通过夹套302首先对进入到第一 个釜式反应器102A内的物料加热，然后在外强制循环泵105B的作用下，通过加热器106B 将第一个专用釜式反应器102A内的物料加热到120°C后，调节调节阀117C和117D，使物料 按循环采出比1:1的比例一部分通过管式液体分布器108A均匀分散喷淋回至第一个釜式 反应器102A内进行反应，另一部分进入到第二个釜式反应器102B内。第一个釜式反应器 102A内物料反应产生的氨气，以及均匀分散喷淋回至第一个釜式反应器102A内的液体产 生的氨气，和部分因提供饱和蒸汽压而气化了的乙二醇，通过冷凝器107A冷凝后，液化了 的乙二醇回流至第一个釜式反应器102A内，不凝气氨气则通过真空系统104排出。通过真 空调节阀118B调节第二个釜式反应器102B内压力为500mmHg柱，并开动其搅拌器109B，通 过夹套302首先对进入到第二个釜式反应器102B内的物料加热，然后在外强制循环泵105C 的作用下，通过加热器106C将第二个釜式反应器102B内的物料加热到140°C后，调节调节 阀117E和117F，使物料按循环采出比1:1的比例一部分通过管式液体分布器108B均匀分 散喷淋回至第二个釜式反应器102B内进行反应，另一部分进入到第三个釜式反应器102C 内。第二个釜式反应器102B内物料反应产生的氨气，以及均匀分散喷淋回至第二个釜式反 应器102B内的液体产生的氨气，和部分因提供饱和蒸汽压而气化了的乙二醇，通过冷凝器 107B冷凝后，液化了乙二醇回流至第二个釜式反应器102B内，不凝气氨气则通过真空系统 104排出。通过真空调节阀118C和118D，将第三个釜式反应器102C和真空切换出料罐103A 内的压力调整到400mmHg柱，开动第三个釜式反应器102C的搅拌器109C，通过夹套302首 先对进入到第三个釜式反应器102C内的物料加热，然后在外强制循环泵10?的作用下，通 过加热器D将第三个釜式反应器102C内的物料加热到160°C后，调节调节阀117G和进料阀 119A，使物料按循环采出比1:1的比例一部分通过管式液体分布器108C均匀分散喷淋回至 第三个釜式反应器102C内进行反应。第三个釜式反应器102C内物料反应产生的氨气，以及 均匀分散喷淋回至第二个釜式反应器102C内的液体产生的氨气，通过冷凝器107C由真空 系统104排出，气化了的乙二醇通过冷凝器107C回流至第三个釜式反应器内。通过强制循 环泵10OT采出的另一部分物料进入到真空切换出料罐103A内，完成反应。此时通过化学 分析的方法已检测不到真空切换出料罐内反应液中的尿素含量，碳酸乙烯酯的收率为96%。 待真空出料罐103A内的液位达到2/3高度时，关闭真空切换出料罐103B的放空阀121B和 出料阀120E，调节真空调节阀118E使真空切换出料罐103B内的压力达到400mmHg柱，开 启进料阀119B，使通过强制循环泵10?采出的另一部分物料进入到真空切换出料罐103B 内，然后关闭真空出料罐103A的真空调节阀118D和进料阀119A，开启放空阀121A和出料 阀120D，将真空出料罐103A内的含有碳酸乙烯酯的物料放出。真空出料罐103A和103B需 切换使用。
[0030] 实施例2 : 在距塔顶500mm处设有多元醇进料口 110、尿素进料口 111和催化剂进料口 112,多元 醇进料口、尿素进料口以及催化剂进料口不在同一平面上；距最低进料口以下600mm处安 装第一块带有溢流堰116的折流板115,折流板115向下倾斜的角度为5°，溢流堰116的高 度为50mm，溢流堰116距另一侧塔壁的距离120mm ;距第一块带有溢流堰116的折流板115 以下300mm处，在第一块带有溢流堰116的折流板115的对面的塔壁安装第二块带有溢流 堰116的折流板115,折流板115向下倾斜的角度为5°，溢流堰116的高度为50_，溢流堰 116距另一侧塔壁的距离120mm ;以此类推，在混合塔内交替安装带有溢流堰116的折流板 115共40块；距最后一块折流板115以下150mm处为塔釜202,塔釜202的高度为2000mm， 其直径大于塔体的直径；塔体201直径为10000mm ;塔釜202底部设有混合物料出口 113,出 料口的管径为Φ l〇8mm。
[0031] 壳体301内距壳体301顶部300mm处设有管式液体分布器108,其中管式液体分布 器为管径Φ 25mm的不锈钢管盘成的直径为350mm的圆环，在圆环上均勻布置直径为15mm 的圆形液体分布小孔15个，液体分布小孔的方向与圆环垂直向下垂线的偏向反应荃荃壁 方向的夹角成25°。
[0032] 将1，2-丙二醇、尿素，以及催化剂氧化锌和三氧化铝(按氧化锌和三氧化铝的质 量比为1 :1) 120:50:1的配料比由原料混合器101混合器配制成原料液，并使物料按循环 采出比10:1的比例一部打入第一个釜式反应器102A内。通第一个釜式反应器102A内的 压力为500mmHg柱，反应温度130°C，再按循环采出比10:1的比例使一部分液体进入到第二 个釜式反应器102B内。第二个釜式反应器102B内压力为400mmHg柱，反应温度为150°C， 按循环采出比10:1的比例将一部分打入到第三个釜式反应器102C内。第三个釜式反应器 102C和真空切换出料罐103A内的压力调整到300mmHg柱，第三个釜式反应器102C内的物 料在180°C反应，并按循环采出比10:1的比例将其中的一部分打入到真空切换出料罐103A 内，完成反应。此时通过化学分析的方法已检测不到真空切换出料罐内反应液中的尿素含 量，碳酸丙烯酯的收率为97%。其余同实施例1。
[0033] 实施例3 在距塔顶100mm处设有多元醇进料口 110、尿素进料口 111和催化剂进料口 112,多元 醇进料口、尿素进料口以及催化剂进料口不在同一平面上；距最低进料口以下500mm处安 装第一块带有溢流堰116的折流板115，折流板115向下倾斜的角度为10 °，溢流堰116的 高度为100mm，溢流堰116距另一侧塔壁的距离200mm ;距第一块带有溢流堰116的折流板 115以下500_处，在第一块带有溢流堰116的折流板115的对面的塔壁安装第二块带有溢 流堰116的折流板115,折流板115向下倾斜的角度为10°，溢流堰116的高度为100mm， 溢流堰116距另一侧塔壁的距离200mm ;以此类推，在混合塔内交替安装带有溢流堰116的 折流板115共5块；距最后一块折流板115以下200mm处为塔釜202,塔釜202的高度为 3000mm，其直径大于塔体的直径；塔体201直径为20000mm ;塔釜202底部设有混合物料出 口 113,出料口的管径为Φ 275mm。
[0034] 壳体301内距壳体301顶部500mm处设有管式液体分布器108,其中管式液体分布 器为管径Φ 50mm的不锈钢管盘成的直径为500mm的圆环，在圆环上均勻布置直径为25mm 的圆形液体分布小孔25个，液体分布小孔的方向与圆环垂直向下垂线的偏向反应荃荃壁 方向的夹角成45°。
[0035] 如附图1所示，将丙三醇、尿素，以及碳酸钠按240:40:1的配料比分别由原料混合 器101配制成原料液，并使物料按循环采出比20:1的比例打入到第一个釜式反应器102A 内。第一个釜式反应器102A内的压力为lOOmmHg柱，反应温度200°C，并使物料按循环采出 比20:1的比例将其中的一部分打入到第二个釜式反应器102B内。第二个釜式反应器102B 内压力为lOOmmHg柱，反应温度200°C，并使物料按循环采出比20:1的比例将其中一部分打 入到第三个釜式反应器102C内。第三个釜式反应器102C和真空切换出料罐103A内的压 力调整到lOOmmHg柱，第三个釜式反应器102C内的反应温度为200°C，并使物料按循环采 出比20:1的比例将其中一部分打入到真空切换出料罐103A内，完成反应。此时通过化学 分析的方法已检测不到真空切换出料罐内反应液中的尿素含量，碳酸甘油酯的收率为95%。 其余同实施例1。
【权利要求】
1. 一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺，其特征在于包括如下步骤： (1) 将尿素、多元醇以及催化剂按比例要求连续送至带有外强制循环泵的原料混合器 的上部，尿素、多元醇以及催化剂在原料混合器中形成混合物料后，从原料混合器釜底出料 口流出，并通过原料混合器带有的加热器将混合物料加热，并在循环采出比的条件下配成 原料混合液； (2) 步骤（1)原料混合液经调节阀调节流量后，从第一台釜式反应器顶部连续进入带有 外强制循环泵的第一台釜式反应器中，同时开动第一台釜式反应器的搅拌、启动真空泵，并 将第一台釜式反应器的真空度调节至反应要求的压力，然后开动第一台釜式反应器带有的 外强制循环泵，从第一台釜式反应器釜底出料口流出的反应液用第一台釜式反应器外强制 循环泵进行强制外循环，并通过第一台釜式反应器带有的反应液加热器将反应液加热至反 应要求的温度进行反应，反应产生的氨气以及多元醇气体从第一台釜式反应器顶部流出， 并通过第一台釜式反应器带有的冷凝器冷凝回收多元醇后，多元醇重新回流到第一台釜式 反应器内，氨气由真空泵排出，同时按循环采出比将第一台釜式反应器内的反应液在外强 制循环过程中连续打回到第一台釜式反应器内时并采出；打回到第一台釜式反应器内的反 应液通过管式液体分布器均匀的分散回到第一台釜式反应器内；第一台釜式反应器采出液 连续进入到带有外强制循环泵的第二台反应釜中，重复上述操作过程，以此类推，反应液依 次进入后续的釜式反应器中进行反应，直至在最后一台釜式反应器的反应液中检测不到尿 素为止，则完成了整个连续反应过程； (3) 连续反应过程完成后，从最后一台釜式反应器按照循环采出比将含有环状碳酸酯 的物料连续送至真空切换出料罐中，反应产生的氨气以及多元醇气体从真空切换出料罐顶 部流出通,并通过冷凝器回收多元醇后，多元醇重新回流到真空切换出料罐中，氨气由真空 泵排出，通过真空切换出料罐底部的出料口将反应产物采出。
2. 如权利要求1所述的一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺，其特征在于所述釜式 反应器内的液位不能超过反应容积的2/3,不能少于反应容积的1/5。
3. 如权利要求1所述的一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺，其特征在于所述步骤 (1)中多元醇、尿素和催化剂的加入质量比为76- 240 :40- 60 :1。
4. 如权利要求1所述的一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺，其特征在于所述的多 元醇包括乙二醇、丙二醇或甘油。
5. 如权利要求1所述的一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺，其特征在于所述的催 化剂包括碳酸钠、碳酸钾、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化锶、三氧化二铝、三氧化二 铁或四氧化三铁；或由氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化锶、三氧化二铝、三氧化二铁、 四氧化三铁中的两种或三种混合物。
6. 如权利要求1所述的一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺，其特征在于所述的环 状碳酸酯是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸甘油酯。
7. 如权利要求1所述的一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺，其特征在于所述步骤 (1)混合物料的加热温度为25-100°C，物料强制循环的循环采出比为1-20:1。
8. 如权利要求1所述的一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺，其特征在于所述的釜 式反应器内物料的反应条件为：压力100-600mmHg，温度120-200°C，物料物料强制循环的 循环采出比为1-20:1。
9. 如权利要求1所述的一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺，其特征在于所述的釜 式反应器的台数至少为2台。
10. 如权利要求1所述的一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺，其特征在于所述的 反应过程中，冷凝器使用的冷凝介质的温度为20 - 80°C。
11. 如权利要求1所述的一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺，其特征在于 所述的真空切换出料罐为2台，切换使用，最后一台专用反应釜流出的含有环状碳酸 酯的物料连续送至1台真空切换出料罐中进行气液分离，当第1台真空切换出料罐需要放 出含有环状碳酸酯的反应液时，最后一台釜式反应器流出的含有环状碳酸酯的物料切换到 么2台真空切换出料罐中，循环切换使用。
12. 如权利要求1 一 11所述的一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺的原料混合器， 它包括塔体（201)，塔釜（202)，折流板（115)和溢流堰（116)，其特征在于塔体（201)内置 的折流板（115)和溢流堰（116)构成塔式结构，塔顶有混合物料循环流入口（ 114);在距塔 顶100-1000mm处设有多元醇进料口（110)、尿素进料口（111)和催化剂进料口（112)，多元 醇进料口（110)、尿素进料口（111)以及催化剂进料口（112)在同一平面上或不同一平面 上；距最低进料口以下200-1000mm处安装第一块带有溢流堰（116)的折流板（115)，折流板 (115)向下倾斜的角度为0-10°，溢流堰（116)的高度为l-100mm，溢流堰（116)距另一侧 塔壁的距离（50-200)mm;距第一块带有溢流堰（116)的折流板（115)以下100-500mm处， 在第一块带有溢流堰（116)的折流板（115)的对面的塔壁安装第二块带有溢流堰（116)的 折流板（115 )，折流板（115 )向下倾斜的角度为0-10 °，溢流堰（116 )的高度为1 -100mm，溢 流堰（116)距另一侧塔壁的距离50-200mm ;以此类推，在塔体（201)内交替安装带有溢流 堰（116)的折流板（115)共5-80块；距最后一块折流板（115)以下100 - 200 mm处为塔 釜（202)，塔釜（202)的高度为500 - 3000mm，其直径大于塔体的直径；塔体（201)直径为 300 - 20000mm ;塔釜（202)底部设有混合物料出口（113)，混合物料出口（113)的管径为 Φ 50 - 275mm。
13. 如权利要求12所述的一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺的原料混合器，所述 的原料混合器的塔釜（202)混合物料出（113)连有强制循环泵（105A)，强制循环泵（105A) 的出口连有液体加热器（106A);混合物料的热量由液体加热器（106A)提供。
14. 如权利要求1 一 11所述的一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺的釜式反应器， 它包括壳体（301)，搅拌器（109)，管式液体分布器（108)，其特征在于壳体（301)外有夹套 (302)，壳体（301)内距壳体（301)顶部100 - 500mm处设有管式液体分布器（108)，在壳体 (301)顶部有原料入口（304)，气体出口（306)和分离多元醇入口（305)，并通过壳体（301) 顶部安装有搅拌器（109)，壳体（301)底部有反应液出口（303)，管式液体分布器（108)盘 管的中心点位于壳体（301)的中心线上，套在搅拌轴上，与外强制循环回流口（122)水平连 接，并固定于壳体（301)内壁上。
15. 如权利要求14所述的一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺的釜式反应器，其特 征在于所述的管式液体分布器（108)为管径Φ 15 - 50mm的不锈钢管盘成的直径为200 - 500mm的圆环，在圆环上均勻布置直径为5 - 25mm的圆形液体分布小孔3 - 25个，液体分 布小孔的方向与圆环垂直向下垂线的偏向反应荃荃壁方向的夹角成0 - 45°。
16. 如权利要求14所述的一种尿素合成环状碳酸酯连续反应工艺的釜式反应器，其特 征在于所述的釜式反应器反应液出口（303)连有强制循环泵（105)，强制循环泵的出口连 有液体加热器（106B)、（ 106C)或（106D);混合物料的热量分别由进出夹套（302)的加热介 质以及液体加热器（106B)、（ 106C)或（106D)提供。
【文档编号】C07D317/38GK104059047SQ201410327072
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】肖福魁, 赵宁, 杨金海, 王新峰, 刘子福 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所, 大连市化工设计院有限公司