的装置及方法
【专利摘要】本发明提供了一种催化转化CO2的装置及方法，所述装置包括：反应装置；分别与所述反应装置相通的进料管路和出料管路；所述进料管路包括：第一进料管路和第二进料管路；所述第一进料管路上依次设置有环氧化合物储存装置、第一流量控制装置和预热装置；所述第二进料管路上依次设置有CO2储存装置和第二流量控制装置。本发明提供的装置先将环氧化合物经过预热炉进行预热气化，再将气化后的环氧化合物与CO2在固体催化剂的作用下连续进料反应，实现了气固两相反应，反应物与催化剂充分接触，反应条件温和，同时避免使用溶剂及助催化剂。实验结果表明，该反应表现出了较高的选择性和转化率，且可以进行连续反应。
【专利说明】一种催化转化co2的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业催化【技术领域】，更具体地说，是涉及一种催化转化co2的装置及方 法。
【背景技术】
[0002] C02是最主要的温室气体之一，约占温室气体总量的2/3,随着C02排放量逐年增 力口，大气的温室效应也随之增强，已产生全球气候变暖等一系列极其严重的环境问题，引起 了全世界各国的关注；同时C0 2也是地球上最丰富的C1资源之一，具有储量大、安全无毒和 廉价易得等优点。因此，C02的资源合理利用无论是在环境保护上，还是经济、社会效益上都 具有重大意义。
[0003] C02与环氧化合物通过插入反应合成环状碳酸酯路线是催化转化C02最成功的例 子之一，这一反应具有原料价格低廉、原子利用率高、副产物少等优点。而且合成的环状碳 酸酯是一类重要的精细化工产品，具有高溶解度、高沸点及闪点、低气味水平和蒸发速率、 低毒性和良好的生物降解性，被广泛应用于药物化学的前驱体、工程塑料的原材料、高能密 度电池的电解液以及用于非质子极性溶剂中脱脂，脱漆和清洁。
[0004]目前，传统的co2与环氧化合物合成环状碳酸酯方法是使用反应釜进行间歇式反 应，反应过程中还需要加入溶剂及助催化剂，其中co 2需要先溶于环氧化合物，再在固相催 化剂的作用下进行反应，反应选择性和转化率不高。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种催化转化C02的装置及方法，提高催化转 化C02反应的选择性和转化率，且可以进行连续反应。
[0006] 本发明提供了一种催化转化C02的装置，包括：
[0007] 反应装置，用于进行C02催化转化反应；
[0008] 分别与所述反应装置相通的进料管路和出料管路；
[0009] 所述进料管路包括：第一进料管路和第二进料管路，所述第一进料管路与所述第 二进料管路分别与所述反应装置相连；
[0010] 所述第一进料管路上依次设置有环氧化合物储存装置、第一流量控制装置和预热 装置，所述预热装置与所述反应装置直接相连；
[0011] 所述第二进料管路上依次设置有co2储存装置和第二流量控制装置，所述第二流 量控制装置与所述反应装置直接相连。
[0012] 优选的，所述第一和第二流量控制装置独立地选自平流泵或转子流量计。
[0013] 优选的，所述出料管路上还设置有气液分离装置；所述气液分离装置上设置有气 体分离管路，用于排出未反应的co 2。
[0014] 优选的，所述出料管路上还设置有压力表，用于控制反应装置的压力；所述压力表 位于所述反应装置和气液分离装置之间。
[0015] 本发明提供了一种催化转化co2的方法，包括以下步骤：
[0016] a)将环氧化合物预热，得到气态环氧化合物；
[0017] b)将C02和所述气态环氧化合物分别连续进料至反应装置，进行催化反应，连续出 料得到反应混合物。
[0018] 优选的，步骤a)中所述预热的温度为50°C?130°C。
[0019] 优选的，步骤b)中所述催化反应的催化剂为活性炭负载的离子液体催化剂。
[0020] 优选的，步骤b)中所述气态环氧化合物的进料速度为0. 5mL/min?5mL/min，所述 C02的进料速度为20mL/min?100mL/min。
[0021] 优选的，步骤b)中所述催化反应的温度为90°C?170°C，压力为0.8MPa? 1. 6MPa〇
[0022] 优选的，所述步骤b)还包括将得到的反应混合物进行气液分离。
[0023] 本发明提供了一种催化转化C02的装置及方法，所述催化转化C02的装置包括：反 应装置，用于进行C0 2催化转化反应；分别与所述反应装置相通的进料管路和出料管路；所 述进料管路包括：第一进料管路和第二进料管路，所述第一进料管路与所述第二进料管路 分别与所述反应装置相连；所述第一进料管路上依次设置有环氧化合物储存装置、第一流 量控制装置和预热装置，所述预热装置与所述反应装置直接相连；所述第二进料管路上依 次设置有C0 2储存装置和第二流量控制装置，所述第二流量控制装置与所述反应装置直接 相连。与现有技术相比，本发明实施例提供的装置先将环氧化合物经过预热炉进行预热气 化，再将气化后的环氧化合物与C0 2在固体催化剂的作用下连续进料反应，实现了气固两相 反应，反应物与催化剂充分接触，反应条件温和，同时避免使用溶剂及助催化剂。实验结果 表明，该反应表现出了较高的选择性和转化率，且可以进行连续反应。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0025] 图1为本发明实施例提供的催化转化C02的装置的结构示意图；
[0026] 图2为本发明实施例8提供的催化转化C02的装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 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，都属于本发 明保护的范围。
[0028] 本发明提供了一种催化转化C02的装置，包括：
[0029] 反应装置，用于进行C02催化转化反应；
[0030] 分别与所述反应装置相通的进料管路和出料管路；
[0031] 所述进料管路包括：第一进料管路和第二进料管路，所述第一进料管路与所述第 二进料管路分别与所述反应装置相连；
[0032] 所述第一进料管路上依次设置有环氧化合物储存装置、第一流量控制装置和预热 装置，所述预热装置与所述反应装置直接相连；
[0033] 所述第二进料管路上依次设置有C02储存装置和第二流量控制装置，所述第二流 量控制装置与所述反应装置直接相连。
[0034] 请参阅图1，图1为本发明实施例提供的催化转化C02的装置的结构示意图，其中， 1为反应装置，2为第一进料管路，3为第二进料管路，4为出料管路，5为环氧化合物储存装 置，6为第一流量控制装置，7为预热装置，8为C0 2储存装置，9为第二流量控制装置，10为 气液分离装置，11为气体分离管路，12为压力表。
[0035] 在本发明中，所述反应装置（1)用于进行C02催化转化反应，优选为固定床反应 器；本发明对所述固定床反应器没有特殊限制，目的是填充催化剂并进行多相催化反应。在 本发明中，所述反应装置中填充的催化剂为固体，进行催化反应的反应物均为气体，催化反 应在气固两相中进行，反应物与催化剂能够实现充分接触。
[0036] 在本发明中，所述反应装置（1)与进料管路相通。所述进料管路包括：第一进料管 路（2)和第二进料管路（3)，所述第一进料管路（2)和第二进料管路（3)分别与所述反应装 置（1)相连。在本发明中，所述第一进料管路（2)上依次设置有环氧化合物储存装置（5)、 第一流量控制装置（6)和预热装置（7)，所述预热装置（7)与所述反应装置（1)直接相连。
[0037] 在本发明中，所述环氧化合物储存装置（5)用于环氧化合物的储存，优选为环氧 化合物原料罐；本发明对所述环氧化合物原料罐没有特殊限制，目的是为C0 2催化转化反应 提供反应原料环氧化合物；所述环氧化合物原料罐通过控制阀门实现开启和关闭。
[0038] 在本发明中，所述第一流量控制装置（6)用于控制环氧化合物的进料速度，优选 为平流泵或转子流量计，更优选为平流泵；本发明对所述平流泵没有特殊限制，采用本领域 技术人员熟知的用于控制液体流速的平流泵即可。
[0039] 在本发明中，所述预热装置（7)用于对反应前的环氧化合物进行预热气化，优选 为预热炉；本发明对所述预热炉没有特殊限制，目的是使进入反应装置（1)的环氧化合物 气化，实现在反应装置（1)中的催化反应在气固两相中进行。在本发明中，所述第一进料管 路（2)用于将环氧化合物储存装置（5)中的环氧化合物经第一流量控制装置（6)，再经预热 装置（7)，进入反应装置（1)。
[0040] 在本发明中，所述第二进料管路（3)上依次设置有0)2储存装置（8)和第二流量控 制装置（9)，所述第二流量控制装置（9)与所述反应装置（1)直接相连。在本发明中，所述 C0 2储存装置（8)用于C02的储存，优选为C02钢瓶；本发明对所述C02钢瓶没有特殊限制， 目的是为C0 2催化转化反应提供C02 ;所述C02钢瓶通过控制阀门实现开启和关闭。
[0041] 在本发明中，所述第二流量控制装置（9)用于控制C02的进料速度，优选为平流泵 或转子流量计，更优选为转子流量计；本发明对所述转子流量计没有特殊限制，采用本领域 技术人员熟知的用于控制气体流速的转子流量计即可。在本发明中，所述第二进料管路（3) 用于将C0 2储存装置（8)中的C02经第二流量控制装置（9)，进入反应装置（1)。
[0042] 在本发明中，所述反应装置（1)与出料管路（4)相通。所述出料管路（4)用于将 催化反应后的反应混合物排出反应装置（1)。在本发明中，所述出料管路（4)上优选还设 置有气液分离装置（10)。在本发明中，所述气液分离装置（10)用于将反应混合物中的C0 2 进行分离，优选为气液分离器；本发明对所述气液分离器没有特殊限制，目的是将反应装置 (1)中排出的反应混合物进行气液分离，分离出未反应的co2。
[0043] 在本发明中，所述气液分离装置（10)上设置有气体分离管路（11)，用于排出未反 应的co 2;所述气体分离管路（11)上设置有控制阀门，用于控制所述气体分离管路（11)的 开启和关闭。
[0044] 在本发明中，所述出料管路（4)上优选还设置有压力表（12)，用于控制反应装置 (1)的压力；所述压力表（12)位于所述反应装置（1)和气液分离装置（10)之间。
[0045] 在本发明中，所述出料管路（4)上优选还设置有检测装置，用于对经气液分离装 置（10)进行气液分离后的液态反应混合物进行收集与分析。所述检测装置与所述气液分 离装置（10)相连。在本发明中，所述检测装置，包括：
[0046] 冷凝器；
[0047] 分别与所述冷凝器相连的反应混合物收集管路和反应混合物分析管路；
[0048] 与所述反应混合物分析管路相连的气相色谱仪；
[0049] 所述反应混合物收集管路和反应混合物分析管路上分别设置有控制阀门。
[0050] 在本发明中，所述冷凝器用于将气液分离后的液态反应混合物进行冷却，使反应 混合物的温度控制在能够进行气相色谱检测的温度范围内；所述能够进行气相色谱检测的 温度优选为25°C ±5°C。在本发明中，所述气相色谱仪为本领域技术人员熟知的检测仪器， 本发明对此没有特殊限制。所述气相色谱仪用于对反应混合物进行气相色谱检测，对反应 的选择性和转化率进行表征。
[0051] 按照上述本发明实施例提供的催化转化co2的装置，能够实现气固两相反应且反 应能够连续进行。本发明实施例工作过程如下：
[0052] 首先，将环氧化合物储存装置（5)中的环氧化合物经第一流量控制装置（6)控制 进料速度后，加入到预热装置（7)中，在一定温度下进行预热气化。
[0053] 其次，将C02储存装置（8)中的C02经第二流量控制装置（9)控制进料速度后，连 续进料至填充有固体催化剂的反应装置（1)中，同时将上述预热气化后的环氧化合物连续 进料至反应装置（1)中进行催化反应，连续出料得到反应混合物，通过压力表（12)控制反 应装置（1)中的反应压力。
[0054] 再次，将反应装置（1)出料得到的反应混合物经气液分离装置（10)进行气液分离 后，通过气体分离管路（11)排出未反应的co 2。
[0055] 最后，将气液分离后的液态反应混合物进行检测。
[0056] 本发明还提供了一种催化转化C02的方法，包括以下步骤：
[0057] a)将环氧化合物预热，得到气态环氧化合物；
[0058] b)将C02和所述气态环氧化合物分别连续进料至反应装置，进行催化反应，连续出 料得到反应混合物。
[0059] 在本发明中，将环氧化合物预热，得到气态环氧化合物。所述环氧化合物优选具有 式⑴结构：
[0060]
【权利要求】
1. 一种催化转化co2的装置，其特征在于，包括： 反应装置，用于进行co2催化转化反应； 分别与所述反应装置相通的进料管路和出料管路； 所述进料管路包括：第一进料管路和第二进料管路，所述第一进料管路与所述第二进 料管路分别与所述反应装置相连； 所述第一进料管路上依次设置有环氧化合物储存装置、第一流量控制装置和预热装 置，所述预热装置与所述反应装置直接相连； 所述第二进料管路上依次设置有co2储存装置和第二流量控制装置，所述第二流量控 制装置与所述反应装置直接相连。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一和第二流量控制装置独立地选 自平流泵或转子流量计。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述出料管路上还设置有气液分离装置； 所述气液分离装置上设置有气体分离管路，用于排出未反应的C02。
4. 根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述出料管路上还设置有压力表，用于控 制反应装置的压力；所述压力表位于所述反应装置和气液分离装置之间。
5. -种催化转化C02的方法，其特征在于，包括以下步骤： a) 将环氧化合物预热，得到气态环氧化合物； b) 将C02和所述气态环氧化合物分别连续进料至反应装置，进行催化反应，连续出料得 到反应混合物。
6. 根据权利5所述的方法，其特征在于，步骤a)中所述预热的温度为50°C?130°C。
7. 根据权利5所述的方法，其特征在于，步骤b)中所述催化反应的催化剂为活性炭负 载的离子液体催化剂。
8. 根据权利5所述的方法，其特征在于，步骤b)中所述气态环氧化合物的进料速度为 0. 5mL/min ?5mL/min，所述 C02 的进料速度为 20mL/min ?100mL/min。
9. 根据权利5所述的方法，其特征在于，步骤b)中所述催化反应的温度为90°C? l7〇°C，压力为 0? 8MPa ?1. 6MPa。
10. 根据权利5所述的方法，其特征在于，所述步骤b)还包括将得到的反应混合物进行 气液分离。
【文档编号】C07D317/36GK104399414SQ201410798437
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】熊春荣, 丁春华, 张育莲, 姜宏 申请人:海南大学