一种连续合成环状硫酸酯的方法和装置与流程

本发明涉及新能源材料合成，具体为一种连续合成环状硫酸酯的方法和装置。

背景技术：

1、环状硫酸酯作为锂离子电池关键添加剂，能抑制电池初始容量的下降，增大初始放电容量；能减少高温搁置后电池的膨胀，提高电池的充放电性能及循环次数。

2、随着锂离子电池下游领域消费电子行业、动力汽车行业、新型储能不断发展，锂离子电池产量逐年增长，锂离子电池关键添加剂环状硫酸酯需求不断增长，行业市场规模也呈现扩大趋势。

3、目前合成环状硫酸酯过程中主要存在以下缺点：

4、(1)传统合成方法是通过贵金属催化次氯酸钠氧化环状亚硫酸酯，该生产方法有贵金属消耗量大、生产成本高，生产过程中产生大量含盐废水、环保处理成本高的缺点。

5、(2)新工艺合成方法是通过双氧水氧化环状亚硫酸酯，通常采用常规过滤间歇操作将催化剂与反应产物分离，催化剂损耗高、转移过程存在二次污染风险，导致企业运行成本上升。

6、(3)新工艺合成方法由于是间歇反应生产，间歇生产存在公用工程消耗高；现场需要人员操作，人工成本高的缺点。同时新建装置采用间歇工艺不满足政策与法规要求，当下安全方面的法律、法规、规章及标准规范要求“涉及硝化、氯化、氟化、重氮化、过氧化等高危工艺装置的上下游配套装置应实现原料处理、反应工序、精馏精制和产品储存(包装)等全流程自动化”，新建装置必须实现生产的全流程自动化。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种连续合成环状硫酸酯的方法和装置，在进行连续合成环状硫酸酯过程中，反应温和、容易控制，反应彻底、转化率高，副产物少，能耗低，生产成本低，且无转移过程中的二次污染风险。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种连续合成环状硫酸酯的方法，包括以下步骤：

3、s1、在催化剂的条件下，将环状亚硫酸酯和氧化剂以摩尔比为1:1～2的比例混合至溶剂中；

4、s2、将混合后的反应液介质经过过滤，以采用强制循环方式使少部分反应液、溶剂混合液体与催化剂分离，其它未分离的液体继续保持在反应系统内的循环，循环流速≥1m/s；

5、s3、通过热交换移出反应过程中产生的热量，反应液与新加入的反应料充分混合；

6、s4、将过滤出的少部分反应液通过分离和提纯工艺进行处理。

7、优选的，所述催化剂具有多元环孔道交错组成的三维孔道结构，优选t i/s i介孔催化剂，所述催化剂在体系中占比0.5～10％。

8、优选的，所述溶剂与环状亚硫酸酯的质量比为0.5～10:1。

9、优选的，所述溶剂为在体系中稳定存在的酯类、醚类、烷烃类、卤代烃类和芳香烃类中一种或多种组合。

10、优选的，所述环状亚硫酸酯为具有环状亚硫酸酯结构的硫酸亚乙烯酯、硫酸亚丙烯酯、硫酸亚丁烯酯中的一种。

11、优选的，所述氧化剂为双氧水。

12、优选的，步骤s1的反应进行在0～50℃的温度，以及0～0.5mpag的压力。

13、本发明提供一种连续合成环状硫酸酯的装置，用于实施上述方法，包括：

14、进料控制装置，用于控制溶剂、环状亚硫酸酯以及氧化剂的进料，确保各原料加入比例；

15、进料分布器，用于将溶剂、环状亚硫酸酯和氧化剂从进料控制装置中分配，并引导它们进入管道混合器；

16、管道混合器，用于将溶剂、环状亚硫酸酯和氧化剂进行充分混合，以促进反应的进行；

17、反应器，用于容纳混合后的溶剂、环状亚硫酸酯、氧化剂与催化剂，提供反应空间；

18、反应循环泵，用于将混合后的反应液与催化剂通过泵控制在反应系统内循环，以保持连续反应；

19、过滤器，用于将少部分反应液、溶剂混合液体与催化剂过滤分离；

20、换热器，用于热交换移出反应液中反应过程产生的热量，并与新加入的溶剂、环状亚硫酸酯和氧化剂进行再混合。

21、优选的，所述进料控制装置包括溶剂进料控制系统、环状亚硫酸酯进料控制系统和氧化剂进料控制系统。

22、优选的，所述过滤器为膜过滤器。

23、本发明提供了一种连续合成环状硫酸酯的方法和装置。具备以下有益效果：

24、1、本发明采用双氧水氧化进行反应，相较于传统的次氯酸钠氧化方法，本方法产生的三废量更少，从而使工艺更加环保和安全。此外，本方法反应过程温和且易于控制，能确保反应的彻底性和高转化率，同时副产物的生成量也较少，因此能耗较低，生产成本也相对较低。值得一提的是，本方法无需使用贵金属催化剂，进一步减少了生产成本。

25、2、本发明相较于传统的间歇操作相比，无需人员进行现场操作，意味着整个反应过程可以在无人操作的情况下进行，从而降低了人为因素引起的风险，并且减少了潜在的二次污染风险，同时还避免了转移催化剂的过程，进一步降低了可能导致污染的风险。

技术特征：

1.一种连续合成环状硫酸酯的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种连续合成环状硫酸酯的方法，其特征在于，所述氧化剂为双氧水。

3.根据权利要求1所述的一种连续合成环状硫酸酯的方法，其特征在于，所述溶剂与环状亚硫酸酯的质量比为0.5～10:1。

4.根据权利要求3所述的一种连续合成环状硫酸酯的方法，其特征在于，所述溶剂为在体系中稳定存在的酯类、醚类、烷烃类、卤代烃类和芳香烃类中一种或多种组合。

5.根据权利要求1所述的一种连续合成环状硫酸酯的方法，其特征在于，所述环状亚硫酸酯为具有环状亚硫酸酯结构的硫酸亚乙烯酯、硫酸亚丙烯酯、硫酸亚丁烯酯中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种连续合成环状硫酸酯的方法，其特征在于，所述催化剂具有多元环孔道交错组成的三维孔道结构。

7.根据权利要求6所述的一种连续合成环状硫酸酯的方法，其特征在于，所述催化剂为ti/si介孔催化剂，所述催化剂在体系中占比0.5～10％。

8.根据权利要求1所述的一种连续合成环状硫酸酯的方法，其特征在于，步骤s1的反应进行在0～50℃的温度，以及0～0.5mpag的压力。

9.一种连续合成环状硫酸酯的装置，用于实施如权利要求1-7任一项所述的一种连续合成环状硫酸酯的方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求8所述的一种连续合成环状硫酸酯的装置，其特征在于，所述进料控制装置包括溶剂进料控制系统(10)、环状亚硫酸酯进料控制系统(11)和氧化剂进料控制系统(12)。

技术总结
本申请涉及新能源材料合成领域，公开了一种连续合成环状硫酸酯的方法和装置，所述方法包括：S1、在催化剂的条件下，将环状亚硫酸酯和氧化剂混合至溶剂中反应；S2、将反应后的介质经过过滤设备，采用强制循环方式使少部分反应液与溶剂的混合液体与催化剂分离，其它未分离的液体继续保持在反应系统内循环；S3、通过热交换移出反应中产生的热量，反应液与新加入的反应料充分混合；S4、将过滤出的少部分反应液通过分离和提纯工艺进行处理。本发明采用双氧水氧化，较次氯酸钠氧化产生三废量更少，工艺更安全环保，具有反应过程温和、容易控制，反应彻底、转化率高，副产物少，能耗低，不使用贵金属催化剂，生产成本低等优势。

技术研发人员：苏进学,滕文彬,张生安,张风收,冯海东,李永,杜桂强
受保护的技术使用者：山东海科新源材料科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16