[发明专利]一种利用环路反应装置制备碳酸甘油酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以甘油和碳酸二甲酯为原料，在碱性催化剂条件下，利用环路反应装置制备碳酸甘油酯的方法。

背景技术

碳酸甘油酯是一种新型的重要化工产品，是一种环状碳酸酯。碳酸甘油酯用途广泛，市场需求大，可以作为溶剂用于乳化剂、去漆剂、涂料以及化妆品的生产。碳酸甘油酯及其衍生物还可以作为燃料电池的电解液，也可以作为液膜用于二氧化碳和氮气的分离。由于其反应性质活泼，碳酸甘油酯可以作为中间体用于化工产品的生产，例如，可以用来生产缩水甘油醚，还可以用于生产配糖体、交联高分子、医药中间体等等。

CN 101811971 A，US 6025504 A，US 6495703 B1公开了在釜式反应器中利用甘油和尿素合成碳酸甘油酯的方法，该方法需在高压真空条件下进行，且反应温度高，时间长。

CN 101717338 A公开了一种催化反应-恒沸精馏耦合制备碳酸甘油酯的方法，该方法催化反应和恒沸精馏是在同一精馏塔中完成，塔釜即反应釜，即釜式反应器，虽然降低了反应温度缩短了反应时间，但需要加入一定量的恒沸剂，增加了成本，且恒沸剂大多有毒。

US 5359094、DE 4225870描述了甘油和一氧化碳、氧气在氯化亚铜等催化剂存在下在釜式搅拌器中合成碳酸甘油酯的方法。这种方法反应时间长，需要高温高压操作，而且一氧化碳为有毒气体。

JP 2001172277 A 描述了在反应釜中以甘油和碳酸二甲酯在碱金属碳酸盐催化剂的作用下制备碳酸甘油酯的方法，这种方法使用均相催化剂，产品后续纯化处理操作复杂。

目前制备碳酸甘油酯的方法，从原料、价格、以及反应条件、合成产率分析，碳酸二甲酯和甘油反应合成碳酸甘油酯是一种绿色环保且经济的方法，现有的甘油和碳酸二甲酯制备碳酸甘油酯的方法均采用釜式搅拌反应工艺，而釜式搅拌工艺不仅存在传质传热效率差，而且因反应体系不封闭易使甲醇排放到环境中造成环境污染等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种无污染，传质传热效率好的以甘油和碳酸二甲酯为原料制备碳酸甘油酯的工艺。

甘油、碳酸二甲酯和碱催化剂，在环路反应器中，经由文丘里喷射器可使液体由液体连续相转变为气体连续相，在气体连续相中液体被雾化成微米级或纳米级的小液滴，增加反应物料的接触面积，因而与搅拌釜相比可大大增加传质效率；环路反应装置的外循环换热器，极大地强化了体系的传热效率，并可根据实际工艺条件对体系的温度、气相循环量进行调整，非常适合甘油和碳酸二甲酯的反应，好的传质传热效率可大大提高反应速率，缩短反应时间，达到节能降耗的目的。反应产生的甲醇在环路反应器中气化成甲醇蒸汽，与一定量的碳酸二甲酯一起进入分离塔，利用其气相系统的自循环可将反应生成甲醇从塔顶分出，并经甲醇冷凝器和甲醇收集器进行收集，碳酸二甲酯被分离塔分离后回流至环路反应器继续反应。这种工艺因其反应体系相对独立，不仅可有效降低碳酸二甲酯的用量，而且在反应过程体系密闭，可实现反应过程的零排放。

本发明的合成工艺是将一定比例的甘油和碳酸二甲酯以及催化剂加入到环路反应装置中进行酯交换反应，通过气相系统的自循环完成甲醇的分离和收集，最终得到产物碳酸甘油酯，具体工艺如下：

将甘油、碳酸二甲酯和碱催化剂加入到环路反应器中，系统进行2-3次氮气置换，维持系统氮气压力为0.01-0.4 MPa；启动环路循环泵将甘油、碳酸二甲酯和碱催化剂组成的物料从环路反应器底部泵出进入外循环换热器使物料升温至反应温度70-120 ℃，然后由喷射器喷入环路反应器中使物料进行循环，并反应；通过液体物料的循环带动系统气相循环，形成气相自循环。反应产生的甲醇蒸汽与碳酸二甲酯蒸汽和氮气一起从环路反应器上部出来进入分离塔，分离塔塔顶温度控制在50-100 ℃，碳酸二甲酯被冷凝从分离塔底部回流至环路反应器中，甲醇和氮气从分离塔塔顶流出进入甲醇气相冷凝器，控制甲醇气相冷凝器出口温度低于25 ℃，使甲醇被冷凝至甲醇收集罐中，未冷凝的少量甲醇和碳酸二甲酯、氮气被环路反应器的喷射器抽入环路反应器内继续反应，反应时间0.5-3小时；其中，碳酸二甲酯与甘油的摩尔比为1-2.5:1，碱催化剂用量是甘油和碳酸二甲酯总质量的0.1-2%。反应完成后，通过外循环换热器使环路反应器内温度升至95-140 ℃，过量碳酸二甲酯气体从环路反应器上部蒸出并进入碳酸二甲酯气相冷凝器被冷凝并收集，从环路反应器中得到碳酸甘油酯。

所述的喷射器为文丘里喷射器。