[发明专利]一种高效气液反应釜及其在环氧乙烷和二氧化碳酯化反应中的应用

说明书

技术领域

本发明属于化学工程领域，涉及化学工程领域的一种强放热化学反应釜，具体为一种高效气液反应釜及其在环氧乙烷和二氧化碳酯化反应中的应用。

背景技术

碳酸乙烯酯（EC）是一种优良的高沸点、高极性溶剂和表面活性剂原料，也可作为添加剂广泛应用于锂电池电解液中、纤维整理剂等,人们还陆续开展了以EC为原料合成高附加值的产品，其用途十分广泛。随着能源危机日趋严峻，全球气候变暖的加剧，对CO₂的研究成了热门课题。CO₂与环氧乙烷（EO）合成EC的反应，将CO₂作为制备有机化工产品的基础原料，具有双重的意义，该工艺是一条环境友好且原子经济的工艺路线，对发展碳一化学也具有重要意义。同时EC水解可获得乙二醇（EG），与甲醇酯交换可获得碳酸二甲酯（DMC）和EG，该技术市场前景十分广阔。

自上世纪60年代以来，人们一直致力于高性能的EO酯化催化剂的研究，近年来，已有大量的均相催化剂（如季铵盐、季磷盐和离子液体）被开发出来，并显示出较好的催化活性。但是由于该反应为放热反应，且反应温升较明显，放热量远远高于反应自身所需热量，易造成反应飞温使得产品EC及其下游产品EG和DMC的产品质量受到影响，飞温后也会造成催化剂迅速分解而失去活性。目前此类反应釜的典型结构如图1所示，由反应釜体、搅拌装置和进出料口组成，气液相物料分别从反应釜的上部（1和2）进入反应釜，气相物料从反应器顶部出料，液相物料从反应釜底部排除，搅拌轴上部无搅拌叶片，反应釜内部未安装折流板，反应器外壁未安装散热翅片。普通反应釜的结构存在若干缺点：（1）气液两相物料在反应釜内混合效果较差，易形成浓度梯度，甚至会造成局部反应剧烈生成副产品或影响产品质量；（2）由于搅拌叶片的形状和位置，从宏观来看物料主要出于搅拌轴旋转运动，导致各物料在反应中停留时间长短不一，易发生副反应或原料反应不完全；（3）对于强放热反应，该普通反应釜不易控制反应温度均一，缺少合理的移热措施或附件。

发明内容

本发明的目的在于针对现有普通反应釜存在的以上技术问题，提供一种高效气液反应釜，该反应釜可以保证各物料更好的混合效果，有效快速降低气液两相反应物料在反应釜的浓度梯度，同时提升反应移热效果，避免发生飞温现象，保证了催化剂较长的使用寿命和产品质量。

本申请的另外一个发明目的是提供以上所述高效气液反应釜在环氧乙烷和二氧化碳酯化反应中的应用。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种高效气液反应釜，该反应釜包括搅拌装置、折流板、散热翅片和液相进料喷嘴。其反应釜的材质选自金属、金属合金(如锆、钼或钛等合金)或碳化硅材质，所说的反应釜优选不锈钢材质。

该高效气液反应釜包含1个以上的气相物料进口和1个以上的液相物料进口，物料进口管道材质选用金属、金属合金(如锆、钼或钛等合金)或碳化硅材质，优选不锈钢材质，同时该反应釜进出口管道均配有流量计和控制阀门。该反应釜的顶部设置液相原料进料口、气相原料进料口和气相尾气排出口，底部设置液相产品排出口，在反应釜内设置搅拌装置，在反应釜内壁设置折流板，在反应釜外壁设置散热翅片，在反应釜底部设置液相进料喷嘴。

所述的搅拌装置包括电机、搅拌轴和搅拌叶片，搅拌叶片包括螺旋式叶片和长条形叶片，搅拌叶片设置在搅拌轴上，且搅拌轴和搅拌叶片一体成型，材质均选用金属、金属合金(如锆、钼或钛等合金)或碳化硅材质，优选不锈钢材质。在搅拌轴的顶端，即在反应釜的顶部设置电机。

该装置还包括液相原料进料阀、新鲜气相原料进料阀、气相尾气排空阀、液相产品出口阀和循环气控制总阀，其中液相原料进料阀的一端与液相原料进料流量计相连接，另外一端与液相原料进料口相连接；新鲜气相原料进料阀的一端与新鲜气相原料进料流量计相连接，另外一端与气相原料进料口相连接；气相尾气排空阀的一端与气相尾气管道相连接，另外一端与气相尾气流量计相连接；液相产品出口阀的一端与液相产品出口流量计相连接，另外一端与液相产品排出管道和液相产品排出口相连接；循环气控制总阀的一端与循环气流量计相连接，另外一端与循环气管道相连接；循环气管道和气相原料进料管道相连接。

该装置还包括放空阀和循环气控制总阀，循环气控制总阀的出口与气相物料进口连通，放空阀出口与放空管线连通。

该装置还包括监测混合气体温度和压力的热电偶和压力表，热电偶和压力表均设置在该反应釜的顶部。

该高效气液反应釜为金属材质、金属合金材质或搪瓷材质，优选不锈钢材质。