本發(fā)明涉及一種用于碳酸乙烯酯合成的氣-液-固三相反應(yīng)器，更具體的為一種由環(huán)氧乙烷和二氧化碳催化生成碳酸乙烯酯合成過程的氣-液-固三相反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

碳酸乙烯酯(EC)是一種優(yōu)良的極性高沸點(diǎn)溶劑和重要有機(jī)合成原料。20世紀(jì)后半期，各國研究人員對(duì)碳酸酯的合成開展了眾多的研究，許多新的合成方法和新的催化劑被發(fā)現(xiàn)。EC傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法為光氣法，但其存在工藝流程長、收率低、成本高等缺點(diǎn)，而且光氣毒性大，污染嚴(yán)重，在發(fā)達(dá)國家基本上已經(jīng)停止使用。以CO₂和EO為原料直接酯化制備碳酸乙烯酯，是一種高效、綠色、環(huán)保的合成新型中間體酯的方法，而且提供了一條化學(xué)利用二氧化碳資源的新途徑，可收到明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，受到各國普遍重視，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

CN1421431A公開了乙二醇和尿素在固體堿催化劑的存在下，在減壓或鼓氮?dú)獾臈l件下反應(yīng)生成碳酸乙烯酯，該工藝雖選擇性高、反應(yīng)條件溫和，但其是以乙二醇和尿素為原料，除了得到反應(yīng)產(chǎn)物碳酸乙烯酯外，同時(shí)還會(huì)生成氨，會(huì)環(huán)境造成污染，提高環(huán)境保護(hù)的成本。

CN85100162A公開了一種絡(luò)合催化合成碳酸乙烯酯工藝，向帶有電磁攪拌的高壓釜內(nèi)加入催化劑和環(huán)氧乙烷，通入CO₂至6atm，放油浴中加熱，釜內(nèi)壓力先上升后降低，降低后則繼續(xù)通入CO₂，使壓力保持在20-25atm的范圍內(nèi)，當(dāng)確認(rèn)釜內(nèi)壓力不再降低時(shí)反應(yīng)即告完成，通冷卻水冷卻至室溫后，取出釜內(nèi)白色固體，可得到99.9％的收率(對(duì)環(huán)氧乙烷)的碳酸乙烯酯。該工藝所用高壓釜式反應(yīng)器反應(yīng)過程不易控制，不利于工業(yè)應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有技術(shù)中存在的如下問題：(1)氣、液相進(jìn)料分布不均導(dǎo)致在反應(yīng)器內(nèi)存在短路、溝流現(xiàn)象，降低了催化劑的 利用效率，對(duì)反應(yīng)過程不利；(2)液體產(chǎn)物中存在氣相夾帶，在流出反應(yīng)器后易對(duì)下游設(shè)備造成損壞，如泵的汽蝕等，本發(fā)明提出了一種新的用于碳酸乙烯酯合成的氣-液-固三相反應(yīng)器，該反應(yīng)器在用于碳酸乙烯酯合成時(shí)，具有催化劑利用率高、氣、液相進(jìn)料分布均勻、適用于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用技術(shù)方案如下：一種用于碳酸乙烯酯合成的氣-液-固三相反應(yīng)器，自下而上包括液體出料口(4)、液體折流擋板(8)、氣體進(jìn)料口(2)、氣體進(jìn)口分布器(10)、催化劑下支撐篩板(6)、下部瓷球?qū)?9)、催化劑層(7)、上部瓷球?qū)?9)、催化劑上支撐篩板(6)、液體進(jìn)料口(1)、液體進(jìn)口分布器(5)以及氣體出料口(3)。液體進(jìn)料口(1)與液體進(jìn)口分布器(5)相連通，位于催化劑層(7)的上部；氣體進(jìn)料口(2)與氣體進(jìn)口分布器(10)相連通，位于催化劑層(7)的下部。氣體出料口(3)與液體出料口(4)分別位于反應(yīng)器的頂部和底部。其中，氣體進(jìn)口分布器(10)和液體進(jìn)口分布器(5)包括總管和支管，支管上開有至少1排的小孔，或支管上帶有至少1排的開孔短管；液體折流擋板(8)包括徑向擋板和位于一側(cè)的溢流堰。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，催化劑床層(7)至少為1層，當(dāng)催化劑床層(7)多于1層時(shí)，催化劑床層之間的空間內(nèi)安裝氣體分布器(4)。液體進(jìn)口分布器(5)和氣體進(jìn)口分布器(10)的各支管與總管優(yōu)選圓形管，呈相交分布，更有選地，呈十字相交分布，各支管間間隔相同角度安裝。液體進(jìn)口分布器(5)和氣體進(jìn)口分布器(10)的支管上小孔或開孔短管為1排時(shí)，沿反應(yīng)器軸向開孔或安裝開孔短管；支管上小孔或開孔短管為2排或以上時(shí)，每排開孔方向之間的角度相同。氣體進(jìn)口分布器(10)的支管上開孔率為5-50％，若開孔率在5％以下或者50％以上，反應(yīng)器中會(huì)出現(xiàn)柱塞區(qū)或不均勻氣泡區(qū)，產(chǎn)生的大氣泡迅速上升，嚴(yán)重影響相間接觸效果。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，反應(yīng)器下部液相折流擋板(8)的數(shù)目為0-100，更優(yōu)選范圍為3-50，折流擋板數(shù)目的設(shè)置根據(jù)液體產(chǎn)物中氣相分離所需停留時(shí)間確定，如氣相分離要求不高，可不設(shè)置折流擋板，每塊折流板等距或者不等距設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)，與殼體呈90°角度。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，溢流堰設(shè)置于擋板一側(cè)邊緣，上下相鄰 擋板的溢流堰沿反應(yīng)器軸向?qū)ΨQ布置。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，折流擋板(8)的截面積占反應(yīng)器截面積的50％-99％，更優(yōu)選范圍為50％-80％。

上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，折流擋板(8)的溢流堰高度為反應(yīng)器直徑的1％-20％，更優(yōu)選范圍為5％-10％。

采用上述技術(shù)方案可以達(dá)到如下效果：液體進(jìn)口分布器(5)和氣體進(jìn)口分布器(10)的設(shè)置保證了氣體進(jìn)料進(jìn)入反應(yīng)器后在整個(gè)床層截面上的均勻分布，有效調(diào)節(jié)了氣體進(jìn)料在液體反應(yīng)物中的溶解程度的均勻性，保證了催化劑的利用率和催化劑床層截面上溫度的均勻分布，有利于提高催化劑的反應(yīng)性能。液體折流擋板(8)的設(shè)置有效地增加了液體產(chǎn)物在在反應(yīng)器中的停留時(shí)間，保證了其中夾帶氣相的分離。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所涉及的用于碳酸乙烯酯合成的多相反應(yīng)器。

圖2為圖1中A-A截面的示意圖。

圖3為圖1中B-B截面的示意圖。

圖1、2、3中，1為液體進(jìn)料口，2為氣體進(jìn)料口，3為氣體出料口，4為液體出料口，5為液體進(jìn)口分布器，6為催化劑支撐篩板，7為催化劑層，8為液體折流擋板，9為瓷球?qū)樱?0為氣體進(jìn)口分布器。

圖1中多相反應(yīng)器工作流程為：液相環(huán)氧乙烷由液體進(jìn)料口(1)經(jīng)液體進(jìn)口分布器(5)進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，并在反應(yīng)器內(nèi)建立起液位，該液位高于催化劑上支撐篩板(6)，低于液體進(jìn)料口(1)。氣相二氧化碳由氣體進(jìn)料口(2)經(jīng)氣體進(jìn)口分布器(10)均勻分布后鼓入反應(yīng)器內(nèi)，二氧化碳向上流經(jīng)支撐篩板(6)和下部瓷球?qū)?9)后進(jìn)入催化劑層(7)進(jìn)行反應(yīng)，未反應(yīng)的二氧化碳由反應(yīng)器頂部氣體出料口(3)流出。液相環(huán)氧乙烷和氣相二氧化碳在催化劑層(7)中發(fā)生催化反應(yīng)，生成碳酸乙烯酯產(chǎn)物，產(chǎn)物以液相形式流出催化劑層(7)，該液體產(chǎn)物中還包括氣相的二氧化碳。液體產(chǎn)物隨后流經(jīng)液體折流擋板(8)，在足夠的停留時(shí)間保證下，氣相二氧化碳由液相產(chǎn)物中分離，最后液體產(chǎn)物經(jīng)液體出料口(4)流出反應(yīng)器。

下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。

具體實(shí)施方式

【實(shí)施例1】

按圖1、圖2，氣-液-固三相反應(yīng)器直徑為500mm，催化劑床層為1層，液體進(jìn)口分布器和氣體進(jìn)口分布器的各支管與總管為圓形管，呈十字相交分布，液體進(jìn)口分布器各支管間間隔60°角度安裝，氣體進(jìn)口分布器各支管間間隔30°角度安裝。液體進(jìn)口分布器的支管上開設(shè)1排小孔，氣體進(jìn)口分布器的支管上開設(shè)2排小孔，每排開孔方向之間的角度為90°。氣體進(jìn)口分布器的支管上開孔率為30％。反應(yīng)器下部液相折流擋板數(shù)目為2塊，每塊折流板間距相同，并與殼體呈90°角度。折流擋板的截面積占反應(yīng)器截面積的70％。溢流堰高度為反應(yīng)器直徑的10％。在以上結(jié)構(gòu)參數(shù)下，按本發(fā)明對(duì)環(huán)氧乙烷和二氧化碳合成碳酸乙烯酯反應(yīng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以得到理想的反應(yīng)效果，催化劑床層同一截面均勻度最大偏差小于2.0％，徑向溫差小于1.0℃，液體產(chǎn)物中氣相分率小于2.0％。

【實(shí)施例2】

按圖1、圖2，氣-液-固三相反應(yīng)器直徑為1000mm，催化劑床層為2層，在層間設(shè)置氣體進(jìn)口分布器，液體進(jìn)口分布器和氣體進(jìn)口分布器的各支管與總管為圓形管，呈十字相交分布，液體進(jìn)口分布器各支管間間隔45°角度安裝，氣體進(jìn)口分布器各支管間間隔30°角度安裝。液體進(jìn)口分布器的支管上開設(shè)2排小孔，每排開孔方向之間的角度為90°；氣體進(jìn)口分布器的支管上開設(shè)3排小孔，每排開孔方向之間的角度為45°。氣體進(jìn)口分布器的支管上開孔率為25％。反應(yīng)器下部液相折流擋板數(shù)目為5塊，每塊折流板間距相同，并與殼體呈90°角度。折流擋板的截面積占反應(yīng)器截面積的60％。溢流堰高度為反應(yīng)器直徑的8％。在以上結(jié)構(gòu)參數(shù)下，按本發(fā)明對(duì)環(huán)氧乙烷和二氧化碳合成碳酸乙烯酯反應(yīng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以得到理想的反應(yīng)效果，催化劑床層同一截面均勻度最大偏差小于2.5％，徑向溫差小于1.5℃，液體產(chǎn)物中氣相分率小于2.2％。

【實(shí)施例3】

按圖1、圖2，氣-液-固三相反應(yīng)器直徑為1500mm，催化劑床層為3 層，在層間設(shè)置氣體進(jìn)口分布器，液體進(jìn)口分布器和氣體進(jìn)口分布器的各支管與總管為圓形管，呈十字相交分布，液體進(jìn)口分布器各支管間間隔60°角度安裝，氣體進(jìn)口分布器各支管間間隔30°角度安裝。液體進(jìn)口分布器的支管上開設(shè)2排小孔，每排開孔方向之間的角度為60°；氣體進(jìn)口分布器的支管上開設(shè)3排小孔，每排開孔方向之間的角度為30°。氣體進(jìn)口分布器的支管上開孔率為40％。反應(yīng)器下部液相折流擋板數(shù)目為6塊，每塊折流板間距相同，并與殼體呈90°角度。折流擋板的截面積占反應(yīng)器截面積的65％。溢流堰高度為反應(yīng)器直徑的5％。在以上結(jié)構(gòu)參數(shù)下，按本發(fā)明對(duì)環(huán)氧乙烷和二氧化碳合成碳酸乙烯酯反應(yīng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以得到理想的反應(yīng)效果，催化劑床層同一截面均勻度最大偏差小于2.5％，徑向溫差小于2.0℃，液體產(chǎn)物中氣相分率小于2.0％。

【實(shí)施例4】

按圖1、圖2，氣-液-固三相反應(yīng)器直徑為300mm，催化劑床層為1層，液體進(jìn)口分布器和氣體進(jìn)口分布器的各支管與總管為圓形管，呈十字相交分布，液體進(jìn)口分布器各支管間間隔60°角度安裝，氣體進(jìn)口分布器各支管間間隔30°角度安裝。液體進(jìn)口分布器的支管上開設(shè)1排小孔；氣體進(jìn)口分布器的支管上開設(shè)1排小孔。氣體進(jìn)口分布器的支管上開孔率為20％。反應(yīng)器下部不設(shè)液相折流擋板。在以上結(jié)構(gòu)參數(shù)下，按本發(fā)明對(duì)環(huán)氧乙烷和二氧化碳合成碳酸乙烯酯反應(yīng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以得到理想的反應(yīng)效果，催化劑床層同一截面均勻度最大偏差小于2.2％，徑向溫差小于1.5℃，液體產(chǎn)物中氣相分率小于2.5％。

【實(shí)施例5】

按圖1、圖2，氣-液-固三相反應(yīng)器直徑為3000mm，催化劑床層為4層，在層間設(shè)置氣體進(jìn)口分布器，液體進(jìn)口分布器和氣體進(jìn)口分布器的各支管與總管為圓形管，呈十字相交分布，液體進(jìn)口分布器各支管間間隔60°角度安裝，氣體進(jìn)口分布器各支管間間隔15°角度安裝。液體進(jìn)口分布器的支管上開設(shè)2排小孔，每排開孔方向之間的角度為90°；氣體進(jìn)口分布器的支管上開設(shè)3排小孔，每排開孔方向之間的角度為30°。氣體進(jìn)口分布器的支管上開孔率為45％。反應(yīng)器下部液相折流擋板數(shù)目為5塊，每塊折流板間距相同，并與殼體呈90°角度。折流擋板的截面 積占反應(yīng)器截面積的75％。溢流堰高度為反應(yīng)器直徑的10％。在以上結(jié)構(gòu)參數(shù)下，按本發(fā)明對(duì)環(huán)氧乙烷和二氧化碳合成碳酸乙烯酯反應(yīng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以得到理想的反應(yīng)效果，催化劑床層同一截面均勻度最大偏差小于2.5％，徑向溫差小于2.0℃，液體產(chǎn)物中氣相分率小于1.5％。