一种由液态烯烃制备环氧化合物的方法和装置

本发明涉及电化学制备环氧化合物，涉及一种液态烯烃电化学法制备环氧化合物的装置和方法、应用，尤其涉及碱金属卤化物和/或碱土金属卤化物在液态烯烃电化学制备环氧化合物中的应用、一种液态烯烃电化学法制备环氧化合物的装置和方法。

背景技术：

1、环氧化合物是重要的商品原料和通用中间体，用于制造环氧树脂、药物、染料、表面活性剂、乳化剂和精细化工产品。全球每年对环氧化合物的需求量高达4000万吨。

2、目前，烯烃直接氧化生产环氧化合物的传统方法有氯醇法、空气/氧气环氧化法和过酸氧化法。然而，在这些工业过程中，迫切需要克服一些缺点。例如：氯醇法除了大量消耗氯气(cl2)外，含氯皂化废水还会导致无法控制的环境污染，限制了其广泛应用；氯醇法会生成多种副产物，使得环氧化合物的选择性很低；空气/氧气环氧化工艺则需要使用高温和高压条件，以活化烯烃和分解o2，其苛刻的条件导致大量的能量消耗；过酸氧化工艺虽然可靠、高效，但过氧酸价格昂贵，且环氧化合物在酸性环境下容易发生开环反应进而分解，在一定程度上限制了其应用。

3、因此，如何找到一种更为适宜的环氧化合物的制备方法，开发出一种绿色环保、低成本、高选择性生产环氧化合物的新工艺，对于推动环氧化合物的大量生产和工业化发展进程具有重要意义，也是业内诸多具有前瞻性的研究人员广为关注的焦点之一。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供了碱金属卤化物和/或碱土金属卤化物在液态烯烃电化学制备环氧化合物中的应用、一种液态烯烃电化学法制备环氧化合物的装置和方法，特别是一种液态烯烃电化学法制备环氧化合物的装置和方法。本发明提供的电化学制备方法，能够绿色环保、高选择性且低成本生产环氧化合物，对于推动环氧化合物的大量生产和工业化发展进程具有重要意义。

2、本发明提供了碱金属卤化物和/或碱土金属卤化物在液态烯烃电化学制备环氧化合物中的应用。

3、优选的，所述卤化物包括氯化物和/或溴化物；

4、所述碱金属包括钾、钠和锂中的一种或多种；

5、所述碱土金属包括镁、钙、锶和钡中的一种或多种。

6、优选的，所述环氧化合物包括c5～c18的环氧化合物；

7、所述碱金属卤化物和/或碱土金属卤化物具体为碱金属卤化物的水溶液和/或碱土金属卤化物的水溶液；

8、所述应用具体为碱金属卤化物的水溶液和/或碱土金属卤化物的水溶液作为电解液的应用。

9、优选的，所述电化学制备中，设置有阳极和阴极；

10、所述阳极或阴极上设置有第二催化剂；

11、所述第二催化剂包括贵金属或含有贵金属的催化剂；

12、所述电化学制备为电化学卤代醇法制备。

13、本发明提供了一种液态烯烃电化学法制备环氧化合物的装置，包括：电解池、第一反应器、第二反应器以及分离装置；

14、所述电解池包括阳极腔和阴极腔，所述阳极腔和所述阴极腔内均设置有电解液；

15、所述电解液为包含有碱金属卤化物的水溶液和/或碱土金属卤化物的水溶液；

16、所述阳极腔与所述第一反应器相连接；

17、所述第一反应器与所述第二反应器相连接；

18、所述阴极腔与所述第二反应器相连接；

19、所述第二反应器与所述分离装置相连接。

20、优选的，所述阳极腔中设置有阳极，所述阴极腔中设置有阴极；

21、所述阳极或阴极上设置有第二催化剂；

22、所述阳极腔和阴极腔之间的隔断包括质子交换膜、阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜中的一种或多种；

23、所述第一反应器包括逆流式反应器；

24、所述第一反应器上设置有液态烯烃的进口；

25、所述阳极腔的出口与所述第一反应器的进口相连接；

26、所述第一反应器的出口与所述第二反应器的进口相连接；

27、所述阴极腔的出口与所述第二反应器的进口相连接。

28、优选的，所述第一反应器的出口与所述阴极腔的出口通过三通汇合后，与所述第二反应器的进口相连接；

29、所述第二反应器上设置有液态有机相出口以及电解液循环液出口；

30、所述电解液循环液出口与所述阳极腔的电解液循环液进口相连接；

31、所述电解液循环液出口与所述阴极腔的电解液循环液进口相连接；

32、所述阳极腔的电解液循环液进口与阳极腔的出口远端设置；

33、所述阴极腔的电解液循环液进口与阴极腔的出口远端设置；

34、所述分离装置包括精馏装置和/或蒸馏装置。

35、本发明还提供了一种液态烯烃电化学法制备环氧化合物的方法，包括以下步骤：

36、1)在电极的作用和电解液的条件下，进行电化学反应，阳极腔得到次卤酸，阴极腔得到碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物；

37、所述电解液为包含有碱金属卤化物的水溶液和/或碱土金属卤化物的水溶液；

38、2)在电解液的流动条件下，上述步骤阳极腔得到的次卤酸与液态烯烃进行反应后，得到卤代醇，卤代醇再与上述步骤电化学反应中阴极腔得到碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物进行混合反应后，得到环氧化合物。

39、优选的，所述电极的材质包括碳基材料、石墨、铂、氧化铂、钛、亚氧化钛、氧化钛、镍、钌、氧化钌、铱、氧化铱、金、银、铜和氧化铅中的一种或多种；

40、所述碳基材料包括活性炭、石墨烯、碳纳米管和氮掺杂的碳中的一种或多种

41、所述电极上还设置有贵金属催化剂或含有贵金属的第二催化剂；

42、所述贵金属包括铂、钌和铱中的一种或多种；

43、所述电解液中，碱金属卤化物和/或碱土金属卤化物的浓度为0.05～5.0mol/l；

44、所述电化学反应的过电位为2.5～5.5v；

45、所述电化学反应的温度为20～40℃。

46、优选的，所述液态烯烃的流速为10ml/min～3l/min；

47、所述混合反应中，阴极腔内的含有碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物的出液和卤代醇的出液以1：(0.8～1.2)的体积比进行混合；

48、所述混合反应后还包括静置分离液态有机相和电解液的步骤以及再分离分步骤；

49、所述静置分离后的电解液分别循环至阳极腔和阴极腔；

50、所述再分离的方法包括精馏分离和/或减压蒸馏分离；

51、所述精馏分离的温度为80～180℃；

52、所述方法中，管道中液体的流速各自独立的选自20ml/min～5l/min。

53、本发明提供了碱金属卤化物和/或碱土金属卤化物在液态烯烃电化学制备环氧化合物中的应用。与现有技术相比，本发明特别将金属氯化物和/或碱土金属氯化物应用在液态烯烃电化学制备环氧化合物中，还创造性的设计了一种液态烯烃电化学法制备环氧化合物的方法。本发明提供的制备方法，以电极材料为催化剂，对含有碱金属氯化盐或碱土金属氯化盐的电解液施加过电位，氧化得到卤素单质，卤素单质遇水生成的次卤酸，然后将阳极腔内得到的含有次卤酸的电解液导出到逆流式反应器，向其中加入液态烯烃，二者逆流式进行反应得到卤代醇，卤代醇通过与碱金属氢氧化物发生皂化反应，从而得到环氧化合物和碱金属卤化盐或碱土金属氯化盐(电解液)，实现了电解液的循环利用。

54、本发明以清洁的电能提供能量，在电极材料的催化下，生成环氧化合物的法拉第效率在40～80％，有效电流密度达到安培级/平方厘米，生成环氧化合物的速率约可达克级/平方厘米/小时，产物中环氧化合物的选择性大于60％，具有较高的法拉第效率、选择性和反应速率；同时，卤素在整个反应中仅起到循环的作用，因此没有含卤素的废水废渣产生，电解液可回收循环利用，原子利用率可达100％，且可以联产氢气作为能源物质，不仅绿色环保而且耗费成本低。

55、本发明提供的电化学制备方法，能够绿色环保、高选择性且低成本生产环氧化合物，对于推动环氧化合物的大量生产和工业化发展进程具有重要意义。