一步法非均相高纯碳酸二乙酯制备方法和连续生产装置与流程

本发明涉及锂离子电池电解液溶剂制备，具体为一步法非均相高纯碳酸二乙酯制备方法和连续生产装置。

背景技术：

1、碳酸二乙酯是常温下为无色清澈液体，不溶于水，溶于醇、醚等的有机溶剂。主要用作硝酸纤维素、树脂、药物(如红霉素)溶剂、有机合成中间体以及锂离子电池电解液溶剂。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，带动电解液溶剂需求增长。

2、当前工业化合成碳酸二乙酯方法为二步法合——碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯与甲醇反应生成碳酸二甲酯，副产丙二醇或乙二醇；碳酸二甲酯与乙醇反应生成碳酸二乙酯，副产甲醇。

3、在催化剂条件下碳酸二甲酯与乙醇通过酯交换液-液反应合成碳酸二乙酯和甲醇，受催化剂影响生成的碳酸二乙酯和甲醇又逆向反应生成碳酸二甲酯与乙醇。通常采用反应精馏形式将反应生成物甲醇蒸馏出反应体系，用于抑制碳酸二乙酯和甲醇逆向反应。

4、一步法合成碳酸二乙酯是碳酸乙烯酯在催化剂条件下直接与乙醇反应生成碳酸二乙酯、乙二醇。

5、碳酸二乙酯生产中主要存在以下缺点：

6、1：传统工业化生产工艺中碳酸二乙酯生产为二步反应，生产流程长，原料品类多，副产产品多，导致生产过程损耗高、能耗高；

7、2：一步法合成碳酸二乙酯反应过程中存在可逆反应导致反应产物碳酸二乙酯、乙二醇产率低。受物料物性(原料中碳酸乙烯酯沸点为248℃、乙醇沸点78℃；产物中碳酸二乙酯沸点为127℃、乙二醇沸点为197.3℃)影响产物碳酸二乙酯、乙二醇沸点高于原料乙醇沸点，导致一步法合成碳酸二乙酯无法通过反应精馏方式提升反应产率。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一步法非均相高纯碳酸二乙酯制备方法和连续生产装置，以解决背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一步法非均相高纯碳酸二乙酯制备方法和连续生产装置，包括乙醇气体缓冲罐、碳酸二乙酯缓冲罐、碳酸乙烯酯储罐、第一冷凝器、反应器、换热器、反应液缓冲罐、精馏塔、第二冷凝器、乙二醇缓冲罐，所述乙醇气体缓冲罐和碳酸二乙酯缓冲罐均与反应器通过管道相连，所述碳酸乙烯酯储罐通过碳酸乙烯酯输送泵和管道与反应器相连，所述碳酸二乙酯缓冲罐还通过管道与第一冷凝器相连，所述第一冷凝器与真空泵通过管道相连，所述真空泵与反应器的顶部通过管道相连，所述反应器的顶部安装有文丘里喷射器，所述反应器的底部通过反应液循环泵和管道与换热器和反应液缓冲罐相连，所述换热器还通过精馏塔底输送泵和管道与精馏塔相连，所述精馏塔通过反应液输送泵和管道与反应液缓冲罐相连，所述精馏塔的顶部与第二冷凝器通过管道相连，所述第二冷凝器与乙二醇缓冲罐通过管道相连。

3、作为本发明的一种优选技术方案，所述乙醇气体缓冲罐与反应器顶部的文丘里喷射器之间的连接管道上安装有乙醇进料阀。

4、作为本发明的一种优选技术方案，所述碳酸乙烯酯输送泵与反应器的连接管道上安装有碳酸乙烯酯进料阀。

5、作为本发明的一种优选技术方案，所述反应器的侧面下端与换热器顶部侧面的连接管道上安装有反应温度调节阀。

6、一步法非均相高纯碳酸二乙酯的制备方法，具体步骤如下：

7、s1：碳酸乙烯酯储罐中的液态碳酸乙烯酯通过碳酸乙烯酯输送泵输送到反应器中，乙醇气体缓冲罐中的气态乙醇输送到文丘里喷射器中，在催化剂条件下，液态碳酸乙烯酯与气态乙醇进行气液充分混合，反应生成气态碳酸二乙酯与液态乙二醇；

8、s2：真空泵链接反应器，提供负压反应环境，控制反应的绝对压力0-15kpa，真空泵将s1的气态碳酸二乙酯与未反应气态乙醇抽出反应系统；

9、s3：将s2中的气态碳酸二乙酯与未反应气态乙醇经第一冷凝器降温，将碳酸二乙酯冷凝成液体，回流到碳酸二乙酯缓冲罐中，控制冷凝器温度40-80℃，冷凝绝对压力为：5-30kpa；

10、s4：将s1中未反应的液态碳酸乙烯酯、催化剂与生成的液态乙二醇进入反应液缓冲罐中通过反应液输送泵输送至精馏塔分离，塔底的液态碳酸乙烯酯与催化剂通过精馏塔底输送泵输送至反应系统，塔顶的乙二醇通过第二冷凝器冷凝后作为产品回收到乙二醇缓冲罐内。

11、作为本发明的一种优选技术方案，所述s1中催化剂为金属氧化物、碱金属氢氧化物、碱金属醇盐、离子液体中的一种或多种组合；

12、金属氧化物催化剂包含氧化锌、氧化铁钛、氧化锆、氧化钙、氧化镁、二氧化铈、氧化镁、氧化镧、氧化镉；

13、碱金属氢氧化物包含氢氧化钾、氢氧化钠；碱金属醇盐包含甲醇钠、乙醇钠；

14、离子液体包含[bmim]oh、[bmim]im、[bmim]oac、[bmim]hco3、chim、[n4222]im；催化剂在体系中的占比0.5％-8％。

15、作为本发明的一种优选技术方案，所述s1中的碳酸乙烯酯：乙醇摩尔比＝1-5:1；反应温度86-142℃，反应绝对压力0-15kpa。

16、作为本发明的一种优选技术方案，所述s4中精馏塔的塔板数5-30块，控制精馏塔的压力0-15kpa，所述精馏塔的塔顶温度50-150℃，回流比0.5-5，乙二醇产品纯度99.99％以上。

17、本发明的有益效果是：本发明相比传统工业化生产工艺，一步法合成，流程更短、原料损耗少、原料种类少、能耗更低，利用非均相反应，提高一步法反应产率。

技术特征：

1.一步法非均相高纯碳酸二乙酯的连续生产装置，包括乙醇气体缓冲罐(1)、碳酸二乙酯缓冲罐(2)、碳酸乙烯酯储罐(3)、第一冷凝器(4)、反应器(8)、换热器(10)、反应液缓冲罐(11)、精馏塔(13)、第二冷凝器(15)、乙二醇缓冲罐(16)，其特征在于：所述乙醇气体缓冲罐(1)和碳酸二乙酯缓冲罐(2)均与反应器(8)通过管道相连，所述碳酸乙烯酯储罐(3)通过碳酸乙烯酯输送泵(6)和管道与反应器(8)相连，所述碳酸二乙酯缓冲罐(2)还通过管道与第一冷凝器(4)相连，所述第一冷凝器(4)与真空泵(5)通过管道相连，所述真空泵(5)与反应器(8)的顶部通过管道相连，所述反应器(8)的顶部安装有文丘里喷射器(7)，所述反应器(8)的底部通过反应液循环泵(9)和管道与换热器(10)和反应液缓冲罐(11)相连，所述换热器(10)还通过精馏塔底输送泵(14)和管道与精馏塔(13)相连，所述精馏塔(13)通过反应液输送泵(12)和管道与反应液缓冲罐(11)相连，所述精馏塔(13)的顶部与第二冷凝器(15)通过管道相连，所述第二冷凝器(15)与乙二醇缓冲罐(16)通过管道相连。

2.根据权利要求1所述的一步法非均相高纯碳酸二乙酯的连续生产装置，其特征在于：所述乙醇气体缓冲罐(1)与反应器(8)顶部的文丘里喷射器(7)之间的连接管道上安装有乙醇进料阀(17)。

3.根据权利要求1所述的一步法非均相高纯碳酸二乙酯的连续生产装置，其特征在于：所述碳酸乙烯酯输送泵(6)与反应器(8)的连接管道上安装有碳酸乙烯酯进料阀(18)。

4.根据权利要求1所述的一步法非均相高纯碳酸二乙酯的连续生产装置，其特征在于：所述反应器(8)的侧面下端与换热器(10)顶部侧面的连接管道上安装有反应温度调节阀(19)。

5.一步法非均相高纯碳酸二乙酯的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

6.根据权利要求5所述的一步法非均相高纯碳酸二乙酯的制备方法，其特征在于：所述s1中催化剂为金属氧化物、碱金属氢氧化物、碱金属醇盐、离子液体中的一种或多种组合；

7.根据权利要求5所述的一步法非均相高纯碳酸二乙酯的制备方法，其特征在于：所述s1中的碳酸乙烯酯：乙醇摩尔比＝1-5:1；反应温度86-142℃，反应绝对压力0-15kpa。

8.根据权利要求5所述的一步法非均相高纯碳酸二乙酯的制备方法，其特征在于：所述s4中精馏塔(13)的塔板数5-30块，控制精馏塔(13)的压力0-15kpa，所述精馏塔(13)的塔顶温度50-150℃，回流比0.5-5，乙二醇产品纯度99.99％以上。

技术总结
本发明公开了一步法非均相高纯碳酸二乙酯制备方法和连续生产装置，包括乙醇气体缓冲罐、碳酸二乙酯缓冲罐、碳酸乙烯酯储罐、第一冷凝器、反应器、换热器、反应液缓冲罐、精馏塔、第二冷凝器、乙二醇缓冲罐，所述乙醇气体缓冲罐和碳酸二乙酯缓冲罐均与反应器通过管道相连，所述碳酸乙烯酯储罐通过碳酸乙烯酯输送泵和管道与反应器相连，所述碳酸二乙酯缓冲罐还通过管道与第一冷凝器相连，所述第一冷凝器与真空泵通过管道相连，所述真空泵与反应器的顶部通过管道相连，所述反应器的顶部安装有文丘里喷射器，本发明相比传统工业化生产工艺，一步法合成，流程更短、原料损耗少、原料种类少、能耗更低，利用非均相反应，提高一步法反应产率。

技术研发人员：苏进学,滕文彬,张仁杰,张生安,郝小军
受保护的技术使用者：江苏思派新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16