【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳酸酯制备分离领域，涉及一种环氧烷烃经微通道热集成合成环状碳酸酯的装置及方法。
技术介绍
1、环状碳酸酯是一种杂环酮，分子式如下所示，被广泛的用于印染、塑料、气体分离、高分子合成以及电化学领域，可替代环氧乙烷(eo)用于乙氧基化反应，以碳酸酯为基本结构单元的脂肪族生物基聚碳酸酯作为生物可降解的材料；同时具有较高的介电常数，是锂电池电解液中关键溶剂，主要是以co2与环氧烷烃经环加成制备获得，具有显著的低碳属性；同时其下游多种碳酸酯均是目前新能源电解液溶剂的关键组成，包括碳酸二甲酯(dmc)、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯以及氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯等，市场发展迅猛。
2、
3、co2环加成基制备碳酸酯具有典型的化学固碳效应，理论上可实现100％的化学固碳量，年需求增长率>30％，2025预计可达400万吨。截至目前，国内外围绕co2环加成制备碳酸酯已开展大量的研究工作，但始终面临环氧烷烃易燃易爆、高温易失控、反应热难以利用的技术难题。为解决环氧烷烃完全转化的问题，专利cn 105777543 a公开了一种环氧化物和co2制备链状碳酸酯并联产二元醇的方法和工艺系统，使用装填有非均相固体催化剂的固定床或鼓泡床管式反应器，该工艺系统连续性强，生产稳定可靠。但当环氧烷烃转化到一定程度后，反应速率急剧下降，需要较长的停留时间和较小反应空速才能使物料完全转化，生产效率较低。专利cn 106478586 a公开了一种碳酸乙烯酯的合成工艺，反应物环氧乙烷和co2经合成反应器(固定床、鼓泡床或者流化床)进行反
4、在促进环氧烷烃温和转化方面，cn 102464521b和cn 103724315 a先后都公布了一种微反应器强化合成环状碳酸酯的装置和方法，利用微通道反应系统传质传热速率快的优势，大幅度提高了环状碳酸酯的时空收率与选择性。但由于过程是采用微混合器与微通道反应器的系统组合形式，反应设计加工制造难度大、压降高，反应器等体积效率并未呈现显著提升，限制了其工业化应用前景。同样的，cn 114478462a、cn 115960071b与cn117777087 a先后分别提高了一种微通道反应制备环状碳酸酯的装置和方法，利用低共熔离子液体、不同管径组合式的微通道反应器，成功突破了环加成反应速率和气液传质的速率限制，实现了co2与环氧烷烃的温和转化，但反应热并未实现利用，能源利用效率仍有待提升；同时微通道反应器的通量低，无法实现规模化的工业应用，不适用于大宗化学品碳酸酯的制备。
5、在碳酸酯反应热集成利用方面，cn217872958u提供了一种碳酸酯装置蒸汽回收利用设备，可以将碳酸酯装置中产生的多余蒸汽进行回收利用，但并未涉及反应热的转移转化方法。cn112142599b提供了一种低能耗、绿色碳酸酯产品生产方法和系统，采用串联的两段反应器制备碳酸乙烯酯(ec)，再利用热泵精馏技术实现dmc反应精馏的制备与分离，并未涉及环状碳酸酯(碳酸乙烯酯)反应热的集成利用。
6、综上所述，为进一步的提升环状碳酸酯的制备效率及能源利用率，如何在稳定实现环氧烷烃完全转化的同时，实现环状碳酸酯制备过程中反应热的高效集成利用，是本领域亟需解决的关键技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种微通道制备环状碳酸酯反应热集成装置及方法。本专利技术利用微通道反应器深化环加成同时兼顾反应热集成的方法，可连续高效的实现环氧烷烃的稳定转化、反应热移除及再利用，兼顾了反应控制及热集成利用技术需求，简化了环状碳酸酯制备过程，大幅提升了装置的集成度及技术方法的效率。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种微通道制备环状碳酸酯反应热集成装置，其主要包括依次连接的反应单元、热集成单元和催化剂分离单元，其中所述反应单元包括相互连接的一台鼓泡床反应器和一台微通道反应器；所述热集成单元包括相互连接的气液分离罐及至少一台压缩机；所述催化剂分离单元包括相互串联的闪蒸罐和蒸发器，所述蒸发器设置有汽化用的加热器。其中，所述蒸发器的加热器为两台串联或并联，其中一台加热器利用蒸汽加热作为备用，在开车没有足够反应热以及反应波动不稳定时作热补偿使用；另外一台的进气口通过管道与所述热集成单元的压缩机出气口连接，通过换热工质为加热器供热；为保证反应热集成效率，所述压缩机至少为两台串联。
4、在本专利技术中，所述的微通道反应器为板式、管式以及螺旋结构的任意一种，所述微通道反应器设置有热物料通道和冷物料通道，所述热物料通道和冷物料通道分别各设置一个进液口和一个出液口。为实现反应与反应热的集成利用，所述鼓泡床反应器上部设置至少一个进液口，至少一个进气口和至少一个出液口，其中所述鼓泡床反应器的出液口与所述微通道反应器的热物料通道的进液口通过管道连接，所述进气口与所述鼓泡床反应器内的气体分布器连接。所述微通道反应器的热物料通道的出液口与所述鼓泡床反应器的上部进液口、所述气液分离罐的进液口分别通过管道连接。所述微通道反应器的热物料通道的出液口与所述鼓泡床反应器的上部进液口连接管道上设置有一台机械泵和一台冷却器。
5、在热集成单元与反应单元、催化剂分离单元的连接方式中，所述气液分离罐的进液口与所述微通道反应器冷物料通道的出液口通过管道连接，所述加热器通过管道与所述热集成单元的压缩机出气口连接，所述加热器的出液口通过管道与所述微通道反应器冷物料通道的进液口连接。
6、以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
7、作为本专利技术优选的技术方案，本专利技术所述鼓泡床反应器是co2与环氧烷烃发生环加成反应的主要设备，为确保环氧烷烃经过所述鼓泡床反应器、微通道反应器后实现完全转化，所述鼓泡床反应器设置两个进液口，分别是上部进液口和中部进液口，其中上部进液口通过管道与所述冷却器的出液口连接，中部进液口通过管道与所述蒸发器的出液口连接；所述鼓泡床反应器出液口与所述微通道反应器热物料通道的进液口间的连接管道上设置有一台机械泵。
8、本专利技术利用所述鼓泡床反应器实现大部分环氧烷烃的转化，剩余少量的环氧烷烃经过微通道反应器传质强化，实现完全转化，同时反应放出的热量，在微通道反应器利用微通道的传质传热的强化效应，被所述微通道反应器冷物料通道的换热介质吸收带出，通过所述热集成单元的闪蒸罐和压缩机装置分离与增压后为蒸发器提供热量供给，大幅提升了反应热集成效率。为确保环氧烷烃的转化效率，所述鼓泡床反应器的进气口与所述鼓泡床反应器内的气体分布器连接，所述鼓泡床反应器的气体分布器安装高度距所述鼓泡床反应器的出液口至少0.3m。同时为进一步实现反应热的集成利用效率，所述反应单元的内部及外部除所述装置系统外不再设置额外的换热装本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微通道制备环状碳酸酯反应热集成装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的反应单元、热集成单元和催化剂分离单元，其中所述反应单元包括相互连接的鼓泡床反应器和微通道反应器，所述微通道反应器为板式、管式以及螺旋结构的任意一种，所述微通道反应器设有热物料通道和冷物料通道，所述热物料通道和冷物料通道各设置一个进液口和一个出液口；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，优选地所述鼓泡床反应器设置两个进液口，分别为上部进液口和中部进液口，下部设置一个进气口，底部设置一个出液口，所述上部进液口通过管道与所述微通道反应器热物料通道的出液口连接，所述中部进液口通过管道与所述蒸发器的出液口连接；
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微通道反应器的热物料通道出液口与所述鼓泡床反应器的上部进液口、所述气液分离罐的进液口分别通过管道连接；
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蒸发器的加热器为两台串联或并联，其中一台的进气口通过管道与所述热集成单元的压缩机出气口连接，另外一台加热器利用蒸汽加热备用；
5.根据权利要求1所述的装置，其
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蒸发器包括一个出气口和一个出液口，所述蒸发器的出液口与所述鼓泡床反应器的中部进液口通过管道连接；
7.一种利用权利要求1-6中任一项所述装置实现环状碳酸酯反应热集成的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的环状碳酸酯反应热集成方法，其特征在于，所述步骤(a)中鼓泡床反应器内反应温度在100℃～150℃，压力在2.0～4.0MPa，停留时间为2～30min；所述催化剂浓度为进料环氧烷烃质量的0.5％～12％。
9.根据权利要求7所述的环状碳酸酯反应热集成方法，其特征在于，所述步骤(b)中微通道反应器内出口压力在1.0～3.0MPa；所述步骤(d)中换热工质为溴化锂水溶液、氨水溶液、氟代烃、氨基甲酸铵溶液中的至少一种。
10.根据权利要求7所述的环状碳酸酯反应热集成方法，其特征在于，为确保换热集成效果，所述步骤(d)中换热工质优选为二元氟代烃。
...【技术特征摘要】
1.一种微通道制备环状碳酸酯反应热集成装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的反应单元、热集成单元和催化剂分离单元，其中所述反应单元包括相互连接的鼓泡床反应器和微通道反应器，所述微通道反应器为板式、管式以及螺旋结构的任意一种，所述微通道反应器设有热物料通道和冷物料通道，所述热物料通道和冷物料通道各设置一个进液口和一个出液口；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，优选地所述鼓泡床反应器设置两个进液口，分别为上部进液口和中部进液口，下部设置一个进气口，底部设置一个出液口，所述上部进液口通过管道与所述微通道反应器热物料通道的出液口连接，所述中部进液口通过管道与所述蒸发器的出液口连接；
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微通道反应器的热物料通道出液口与所述鼓泡床反应器的上部进液口、所述气液分离罐的进液口分别通过管道连接；
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蒸发器的加热器为两台串联或并联，其中一台的进气口通过管道与所述热集成单元的压缩机出气口连接，另外一台加热器利用蒸汽加热备用；
5.根据权利要求1所述的装...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈嵩嵩，张军平，盛贵阳，董丽，李春山，张锁江，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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