CN1699359A - 环状烷基碳酸酯的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种环状烷基碳酸酯清洁生产工艺，其特点是由环氧烷烃与二氧化碳合成环状烷基碳酸酯。合成过程中所使用的原料环氧烷烃或二氧化碳先采用溶剂环状烷基碳酸酯吸收，富含环氧烷烃与二氧化碳的吸收液再催化合成环状烷基碳酸酯最后再进行环状烷基碳酸酯的精制及催化剂的分离。采用该工艺生产环状烷基碳酸酯，方法简单，成本低，反应速度快，反应时间短，环状烷基碳酸酯的产率和选择性高。此外，从CO2的综合利用与改善环境来讲，是一种“环境友好”的清洁工艺。该方法操作十分简便，易于工业化实施，为一种较有前景的环状烷基碳酸酯的合成方法。
Description
技术领域
本发明涉及环状烷基碳酸酯的生产工艺。
发明背景
环状烷基碳酸酯如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等，是一种性能优良的溶剂及萃取剂。广泛用于天然气、油田气及合成氨原料中CO2、H2S的脱除，是纺织印染工业、合成纤维工业中的良好溶剂；此外还可作为塑料加工助剂、电容电池和手机等锂电池的电解液，液压系统传导液，以及与甲醇酯交换反应生产绿色泛用基础化工原料碳酸二甲酯等。
文献报导的合成环状烷基碳酸酯方法很多，其中由环氧烷烃与二氧化碳在催化剂存在下直接反应，是比较成熟的方法，如特许昭38-23175、U.S.2667497、U.S.2924608，GB2011402，U.S.2773070，CN1130628A等。采用上述的合成方法，均采用较高纯度的环氧烷烃与二氧化碳，而并没有涉及到以富含环氧烷烃与二氧化碳的环状烷基碳酸酯吸收液去催化合成环状烷基碳酸酯。而且对于环状烷基碳酸酯的合成与精制过程，也没有涉及到能量的集成。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种环状烷基碳酸酯的生产工艺，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明的技术构思是这样的：
发明人通过对上述问题的深入研究，设想通过溶剂环状烷基碳酸酯直接吸收烯烃直接氧化的产物环氧烷烃与二氧化碳，富含环氧烷烃与CO2的吸收液催化合成环状烷基碳酸酯。
由于CO2所引起的温室效应越来越成为人们面临的威胁，将其作为碳源合成有机化学品符合公众对环保的愿望。因此，以CO2、环氧烷烃为原料直接合成环状烷基碳酸酯是更具有理论和现实意义的路线。
本发明的方法包括如下步骤：
(1)采用溶剂环状烷基碳酸酯吸收环氧烷烃或二氧化碳中的一种或两种，环状烷基碳酸酯它既作为吸收剂，又是环氧烷烃与二氧化碳反应的产物，因此并不会给系统增加分离的难度；
其中吸收过程的压力为0.1～20MPa，尤其以0.1～10MPa为佳；吸收温度为-50～250℃，尤其以-30～100℃为佳；
(2)富含环氧烷烃与二氧化碳的上述吸收液催化合成环状烷基碳酸酯环状烷基碳酸酯，反应压力为0.1～20MPa，尤其以0.2～10MPa为佳；反应温度为50～250℃，尤其以100～250℃为佳；
所采用的催化剂为卤化物、季胺盐、有机胺或膦化物等中的一种；并且以环状烷基碳酸酯合成时所释放的热量发生低压水蒸汽或直接用作流程中收集环状烷基碳酸酯所需要的加热源；
(3)从步骤(2)的反应产物中收集环状烷基碳酸酯，最好采用精馏或蒸发的方法，压力为0～0.1MPa，尤其以0～0.05MPa为佳；温度为50～250℃，尤其以100～170℃为佳；并且以环状烷基碳酸酯蒸馏塔顶冷凝热发生低压水蒸汽。
所说的环状烷基碳酸酯结构式如下所示：
式中：R1、R2、R3、R4分别代表H或C1-6烷基；优选碳酸丁烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等，最好为碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯；
环氧烷烃结构式如下所示：
式中R1、R2、R3、R4分别代表H或C1-6烷基；优选环氧乙烷、环氧丙烷、1，2-环氧丁烷，2，3-环氧丁烷等，最好为环氧乙烷与环氧丙烷；
二氧化碳可采用纯度较高的工业品，也可采用来自化肥厂、酒厂、石油炼制厂、化工厂等所排放的二氧化碳废气。
由上述公开的技术方案可见，本发明的整个流程通过能量集成，极大地降低了能耗，为一种具有工业化生产前景的制备环状烷基碳酸酯的生产工艺。采用该工艺生产环状烷基碳酸酯，方法简单，成本低，反应速度快，反应时间短，环状烷基碳酸酯的产率和选择性高。此外，从CO2的综合利用与改善环境来讲，是一种“环境友好”的清洁工艺。该方法操作十分简便，易于工业化实施，为一种较有前景的环状烷基碳酸酯的合成方法。
附图说明
图1是本发明的工艺流程简图。
具体实施方式
(1).环氧烷烃与二氧化碳催化反应合成环状烷基碳酸酯
含有环氧烷烃和二氧化碳的混合气体经管线2进入吸收塔T1的底部，与通过管线1进入吸收塔T1的吸收剂环状烷基碳酸酯在吸收塔T1内逆流接触，环氧烷烃和二氧化碳被吸收到环状烷基碳酸酯的吸收液中，尾气经管线4直接排空或进行其他处理。
富含环氧烷烃和二氧化碳的环状烷基碳酸酯吸收液经管道3进入反应器T2，在催化剂作用下，富含环氧烷烃和二氧化碳的吸收液在此合成环状烷基碳酸酯。合成反应器可以采用釜式反应器或管式反应器，但应将反应放热及时通过管线5移去。
(2)环状烷基碳酸酯的精制及催化剂的分离
从环状烷基碳酸酯合成反应器出来环状烷基碳酸酯合成液通过管线6进入环状烷基碳酸酯精馏塔T3，底部的催化剂通过管线7循环至环状烷基碳酸酯合成反应器T2中。塔顶环状烷基碳酸酯通过管线8进入产品收集槽。
实施例1
(1)环氧丙烷与二氧化碳催化酯化反应生成碳酸丙烯酯
丙烯氧化得到的混合气体中含环氧丙烷5.3mol％、二氧化碳20.2mol％，温度为58℃，以60kg/h的流量通过床层高度为1.2米的填料塔，25℃的碳酸丙烯酯吸收液以45kg/h的流量从塔顶流下，与气体逆流接触，操作压力为2.0MPa，环氧丙烷和二氧化碳被吸收到吸收液中，未吸收的其他气体放空。吸收液分析表明，环氧丙烷的吸收率为99.5％以上，二氧化碳的吸收率90％以上。
把上述吸收液与催化剂四乙基溴化胺在反应器中混合，并加热至170℃，操作压力为7.6MPa，反应30分钟后，环氧丙烷的转化率为99.5％，未检测到重组分的生成。
(2)碳酸丙烯酯的精制及催化剂的分离
将合成液减压以解析溶液中的二氧化碳，随后将溶液减压蒸馏，塔顶得到纯度高于99.5％的碳酸丙烯酯。塔釜得到富含催化剂的溶液，返回至碳酸丙烯酯合成器中。
以上系统经过长时间运行，产品质量和收率稳定。
实施例2
(1)环氧乙烷与二氧化碳催化酯化反应生成碳酸乙烯酯
乙烯氧化得到的气体中含环氧乙烷1.5mol％、二氧化碳7.5mol％，温度为35℃，以100kg/h的流量通过床层高度为1.2米的填料塔，35℃的碳酸乙烯酯吸收液以75kg/h的流量从塔顶流下，与气体逆流接触，操作压力为1.6MPa，环氧乙烷和二氧化碳被吸收到吸收液中。分析表明，环氧乙烷的吸收率为99.5％以上，二氧化碳的吸收率90％以上。
把上述吸收液与催化剂溴化钾在反应器中混合，并加热至185℃，操作压力为9.5MPa，反应24分钟后，环氧乙烷的转化率为99.6％，未检测到重组分的生成。
(2)碳酸乙烯酯的精制及催化剂的分离
将合成液减压，随后将溶液减压蒸馏，塔顶得到纯度高于99.5％的碳酸乙烯酯。塔釜得到富含催化剂溴化钾的溶液，返回至碳酸乙烯酯合成器中。
以上系统经过长时间运行，产品质量和收率稳定。
Claims (10)
1.一种环状烷基碳酸酯的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采用溶剂环状烷基碳酸酯吸收环氧烷烃或二氧化碳中的一种或两种；
(2)富含环氧烷烃与二氧化碳的上述吸收液催化合成环状烷基碳酸酯环状烷基碳酸酯；
所采用的催化剂为卤化物、季胺盐、有机胺或膦化物等中的一种；
(3)从步骤(2)的反应产物中收集环状烷基碳酸酯；
所说的环状烷基碳酸酯结构式如下所示：
式中：R1、R2、R3、R4分别代表H或C1-6烷基；
环氧烷烃结构式如下所示：
式中R1、R2、R3、R4分别代表H或C1-6烷基；
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，吸收过程的压力为0.1～20MPa，尤其以0.1～10MPa为佳；吸收温度为-50～250℃，尤其以-30～100℃为佳。
3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，吸收过程的压力为0.1～10MPa；吸收温度为-30～100℃。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所说的胺催化剂为三乙胺、三正丙胺、三正丁胺、溴化铵、碘化胺；所说的季铵盐催化剂为四乙基溴化铵、四丁基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵；所说的卤化物催化剂为溴化钠、碘化钾、溴化钾。
5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，从步骤(2)的反应产物中收集环状烷基碳酸酯，采用精馏或蒸发的方法，压力为0～0.1MPa，温度为50～250℃。
6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所说的环状烷基碳酸酯包括碳酸丁烯酯、碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯。
7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，环氧烷烃包括环氧乙烷、环氧丙烷、1，2-环氧丁烷，2，3-环氧丁烷。
8.根据权利要求1～7任一项所述的工艺，其特征在于，二氧化碳采用纯度较高的工业品、来自化肥厂、酒厂、石油炼制厂、化工厂所排放的二氧化碳废气。
9.根据权利要求1～7任一项所述的工艺，其特征在于，环状烷基碳酸酯合成时所释放的热量发生低压水蒸汽或直接用作流程中环状烷基碳酸酯精制塔的加热源。
10.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，以环状烷基碳酸酯蒸馏冷凝热发生低压水蒸汽。
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