[发明专利]一种气相法合成碳酸丙烯酯的装置、工艺及固体催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种气相法合成碳酸丙烯酯的装置、工艺及所用的固体催化剂，属于化工技术领域。

背景技术

传统的二氧化碳和环氧丙烷制取碳酸丙烯酯工艺(流程图如图3所示)是一定比例的二氧化碳、环氧丙烷、聚乙二醇作载体的碘化钾液相催化剂经过计量泵泵入第一、二反应器，反应器温度为180～220℃，反应器压力为4.5Mpa左右。环氧丙烷和催化剂经反应器顶部随循环液进入第一反应器，二氧化碳经反应器上、中、下三点进入反应器，二氧化碳和环氧丙烷以及催化剂的混合液在反应器内为逆向接触，循环液从反应器上、中、下三个点抽出经外冷却列管喷淋降温维持反应器温度在180～220℃。反应液经第一反应器进入第二反应器，再经第二反应器放料至闪蒸罐。放入闪蒸罐的料液再进入薄膜蒸发器系统进行碳酸丙烯酯提纯，制得含量99.95％以上的精品碳酸丙烯酯。该反应工艺为连续进料和连续出料方式。该反应工艺具有如下缺点：

①反应压力高，系统反应压力为4.5Mpa左右，这就要求反应器采用三类压力容器制作方式，打料泵采用隔膜式计量泵，对设备要求高，一次性投资大。

②反应温度高，系统反应温度在180～220℃，系统热量还得通过外循环降温来保持，耗能高。

③副反应多，因为反应器温度高，导致化学反应副反应多，有环丙聚合物产生，不但造成原料浪费，而且影响产品品质。

④催化剂变性失活快，因系统反应温度高，副反应多，催化剂回收重复利用，温度高导致催化剂反复聚合分裂，催化剂失活快，使用时间短，反应成本加大，催化剂使用寿命平均三个月。一批催化剂20吨生产6000吨碳酸丙烯酯产品就得更换。

⑤生产过程反应不完全，气味大，特别是到催化剂后期，反应效果不好，不但浪费原料，消耗高，未反应的原料二氧化碳和环氧丙烷以及生成的低组分物质从闪蒸罐里溢出气味很大。

⑥工艺流程长，占地面积大。

⑦因催化剂更换频繁、量大，为化学废弃物，影响环保；而且闪蒸罐溢出来的气相物质不能回收利用。

基于上述缺点，有必要研发一种反应压力低、反应温度低、副反应少、催化剂使用寿命长、工艺流程短、占地面积小、产品品质高的合成碳酸丙烯酯的装置及工艺。

发明内容

针对上述现有技术，为了推进行业进步，达到节能、减排、环保、安全之目的，本发明提供了一种气相法合成碳酸丙烯酯的装置及工艺，该工艺具有反应压力低、反应温度低、副反应少、催化剂使用寿命长、工艺流程短、占地面积小、所得产品品质高等优点。本发明还提供了一种用于气相法合成碳酸丙烯酯的固体催化剂——含碘的碱性柱状固体颗粒催化剂。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种气相法合成碳酸丙烯酯的装置，包括列管式混合预热器、列管式反应器、闪蒸罐和导热油储槽，其中，列管式混合预热器的顶部与列管式反应器的顶部连通，列管式混合预热器的上部与列管式反应器的下部连通；列管式反应器的底部与闪蒸罐连通；循环风机与闪蒸罐的顶部与列管式混合预热器的底部连通，连通的管路上设有循环风机；导热油储槽分别与列管式混合预热器的管间、列管式反应器的管间连通(用于内循环导热油)，连通的管路上设有循环泵。

优选的，所述列管式混合预热器，直径1.2m，高2m，带上下风头，设计压力为1.0Mpa。

优选的，所述列管式反应器，直径2m，高6m，带上下风头，设计压力1.2Mpa，每个列管直径为32mm，列管底部设有弹簧以作为固体催化剂的支撑。

优选的，所述导热油储槽的容积为20m³。

优选的，所述循环风机，为循环量为每小时30m³的轴流循环风机。

一种气相法合成碳酸丙烯酯的工艺，利用上述装置合成碳酸丙烯酯，包括以下步骤：

(1)预热：导热油储槽内设有导热油，使导热油温度在60℃±3℃，开启循环泵，循环导热油，对列管式混合预热器、列管式反应器进行预热；

优选的，所述导热油，可从合成碳酸二甲酯系统引进部分导热油(温度200℃)，其与热油储槽内的导热油混合，调节温度至60℃±3℃；

(2)进料：二氧化碳、环氧丙烷从列管式混合预热器底部进料，经预热混合后，混合料从顶部出料，顶部气相出口压力控制在0.55～0.6Mpa；

优选的，进料时，二氧化碳通过计量泵进入列管式混合预热器底部，环氧丙烷通过屏蔽泵流量计泵入列管式混合预热器底部；

优选的，二氧化碳与环氧丙烷的进料比例为66:58(质量比)；