[发明专利]电化学、氯化和氧氯化系统及形成环氧丙烷或环氧乙烷的方法

说明书

本文公开了涉及用来形成环氧丙烷或环氧乙烷的电化学氧化、氯氧化、氧氯化、氯化和环氧化反应的各种配置的方法和系统。

相关申请的交叉引用

本申请是2016年10月28日提交的第15/338,235号美国专利申请的部分继续申请，并要求2017年4月27日提交的第62/490,903号美国临时申请、2017年7月3日提交的第62/528,273号美国临时申请和2017年12月6日提交的第62/595,389号美国临时申请的权益，所有这些申请均通过引用整体并入本公开内容中。

背景技术

聚氨酯生产仍然是工业聚合中最具环境挑战性的制造工艺之一。由二异氰酸和多元醇的加成反应形成的聚氨酯，由于与两种原料相关的挑战，可能具有明显的嵌入环境足迹。多元醇本身是使用环氧丙烷作为原料的聚合衍生物。传统上，环氧丙烷(PO)可以由经氯化的中间体氯丙醇(propylene chlorohydrin)合成。

环氧乙烷可能是大规模化学生产中使用的重要原材料之一。大多数环氧乙烷可用于合成乙二醇，包括二甘醇和三甘醇，它们可能占全球消费量的高达75％。其它重要产品可包括乙二醇醚、乙醇胺和乙氧基化物。在二醇中，乙二醇可以用作防冻剂、用于生产聚酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET——塑料瓶的原料)、液体冷却剂和溶剂。

然而，用于经济地生产环氧丙烷和环氧乙烷的环境上可接受的工艺仍然难以实现。氯气的高成本和大量的废水产生(每吨PO约40吨废水)已导致制造商寻求环境和安全性风险降低的工艺选择。

发明内容

本文提供了与环氧丙烷(PO)和环氧乙烷(EO)的环保且低成本生产有关的方法和系统。

在一方面，提供了一种方法，其包括：

(i)使阳极与阳极电解液在电化学电池中接触，其中所述阳极电解液包含金属氯化物和咸水；使阴极与阴极电解液在所述电化学电池中接触；向所述阳极和所述阴极施加电压，并在所述阳极处将具有处于较低氧化态的金属离子的所述金属氯化物氧化至较高氧化态；

(ii)从所述电化学电池中取出所述阳极电解液，并用在所述咸水中包含具有处于较高氧化态的金属离子的所述金属氯化物的所述阳极电解液对丙烯进行氯化，以产生一种或多种包含氯丙醇(PCH)和具有处于较低氧化态的金属离子的所述金属氯化物的产物；或从所述电化学电池中取出所述阳极电解液，并用在所述咸水中包含具有处于较高氧化态的金属离子的所述金属氯化物的所述阳极电解液对乙烯进行氯化，以产生一种或多种包含氯乙醇(CE)和具有处于较低氧化态的金属离子的所述金属氯化物的产物；以及

(iii)用碱对所述PCH或CE进行环氧化，以分别形成环氧丙烷(PO)或环氧乙烷(EO)。

在前述方面的一些实施方案中，所述一种或多种来自丙烯的产物进一步包含1，2-二氯丙烷(DCP)，或者所述一种或多种来自乙烯的产物进一步包含1，2-二氯乙烷(DCE)。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述氯化导致大于20％的PCH产率或大于50％的PCH产率。在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述氯化导致大于20％的CE产率或大于50％的CE产率。

在前述方面和实施方案的一些实施方案中，所述方法进一步包括在所述阴极电解液中形成氢氧化钠，并使用所述氢氧化钠作为碱以形成环氧丙烷或环氧乙烷。