[发明专利]一种集吸收分离与催化反应于一体的制备环状碳酸酯的装置及方法

说明书

本发明提供一种集吸收分离与催化反应于一体的制备环状碳酸酯的装置，所述装置通过采用含三种功能化基团的离子液体膜将反应器分隔为隔离的腔体，能够使不同腔体中的环氧烷烃和二氧化碳被吸附至离子液体膜上进行反应生成环状碳酸酯，简化了环状碳酸酯的生产流程，且有利于环状碳酸酯与环氧烷烃的分离；利用所述装置制备环状碳酸酯的方法，集环氧烷烃原料吸收、高效反应和产物易分离于一体，克服了环氧烷烃分离能耗高、以水作吸收剂时产生副产物的问题，具有能耗低和不需要分离催化剂等优点。

技术领域

本发明涉及环状碳酸酯生产技术领域，尤其涉及一种集吸收分离与催化反应于一体的制备环状碳酸酯的装置及方法。

背景技术

环状碳酸酯，如碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)，是性能优良的高沸点高极性的有机溶剂，在药物和精细化工中间体的合成、有机合成、化妆品、金属萃取以及天然气净化、尿素和制氢等工业部门的脱硫脱碳(二氧化碳)领域中都有广泛的应用。近年来，环状碳酸酯作为酯交换的中间体，市场需求激增。

目前环状碳酸酯的合成方法主要有光气法、酯交换法及二氧化碳与环氧化合物的环加成等。其中，二氧化碳和环氧烷烃合成环状碳酸酯的方法不仅是目前固定温室气体二氧化碳的主要研究方向，而且该反应原子经济性100％，既保护环境又符合绿色化学的要求。催化体系是影响环氧烷烃转化率和选择性的关键，离子液体由于具有低蒸汽压、良好的热稳定性和化学稳定性等优点，近年来，在催化二氧化碳加成反应制备环状碳酸酯领域引起了广大科研人员的关注。

CN1631886A公开了采用锌盐和咪唑卤代盐、吡啶卤代类离子液体、季铵盐中的一种作为二元催化剂，在反应压力0.5-5.0MPa，反应温度50-200℃条件下，经过催化二氧化碳和环氧化合物环加成制备环状碳酸酯的方法。在反应的过程中不加入任何有机溶剂，经过简单的减压蒸馏即能实现催化剂与产物的分离，能够重复使用而保持催化剂活性不变，选择性98％以上，转化频率达5000h^-1以上。但该方法反应后续产物分离和催化剂回收较为困难，能耗较大。

CN103521262A公开了以介孔泡沫氧化硅为载体合成了固载化的咪唑类离子液体催化剂并将其应用于制备环状碳酸酯的方法。在固体催化剂质量比为3％，反应压力3MPa，120℃条件下，反应4h，经过催化二氧化碳和环氧化合物加成制备环状碳酸酯。该固载离子液体催化剂反应后经过简单处理即可继续循环利用，环状碳酸酯选择性高于95％，收率高于85％。但反应后该固载催化剂需要采用过滤或沉降的方式与产品液相分离，难以实现环状碳酸酯的连续化生产。

目前来看，对于环状碳酸酯的制备工艺主要将研究重点集中在合成环状碳酸酯的催化体系上，取得了较佳的催化反应结果。但上述方法均需采用纯度较高的环氧烷烃才能达到较好的催化反应效果，而目前工业生产环状碳酸酯所用的原料环氧烷烃均需经过复杂的工艺才能得到纯度较高的环氧烷烃，如上游环氧乙烷浓度低、上游环氧丙烷中含有丙烯和溶剂等。例如：环氧乙烷主要通过乙烯氧化法制得，但通常该工艺所得环氧乙烷浓度较低，如CN105330617B和CN104185630B公开了乙烯氧化方法，但该方法制得的环氧乙烷浓度不超过4％，故需经浓缩提纯得到高浓度环氧乙烷后才能进一步与二氧化碳反应。该浓缩提纯过程包括，首先，采用吸收剂在吸收塔中吸收环氧乙烷，并经由解吸塔得到高浓度环氧乙烷。这一过程涉及了大量的换热和加热，存在较大能耗，并且以水为吸收剂时，环氧乙烷与水反应生成二甘醇等副产物，影响环氧乙烷选择性的同时，对后续产品的纯度和纯化也产生较大影响。目前，降低环氧烷烃提纯能耗并提高纯度是研究环氧烷烃生产工艺的重点。

CN108467383A公开了采用碳酸乙烯酯和乙二醇作为吸收液同时吸收环氧乙烷和二氧化碳的方法，在酯化催化剂的作用下生产碳酸乙烯酯的方法。该流程较传统吸收-解吸流程省去了解吸塔，一定程度上解决了用水作吸收剂副产较多和能耗非常大等系列问题。但该方法反应液与吸收液混合，需要经精馏后才能得到碳酸乙烯酯产品，流程仍然较为复杂，能耗相对较高。