本發(fā)明屬于石油化工，具體涉及一種二氧化碳制碳酸乙烯酯的反應系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、碳酸乙烯酯是一種重要的有機化工原料，廣泛應用于化肥、纖維、制藥及有機合成領域，同時電子級碳酸乙烯酯可作為鋰離子電池溶劑，具有非常廣泛的應用市場。碳酸乙烯酯的生產(chǎn)合成工藝主要包括光氣合成法、酯交換法、鹵代醇法、乙烯和二氧化碳直接氧化法、環(huán)氧乙烷和二氧化碳酯化法及尿素醇解法等。其中，以環(huán)氧乙烷(eo)與co2為原料酯化合成碳酸乙烯酯法，因能有效利用co2原料，同時副產(chǎn)乙二醇副產(chǎn)品，在實現(xiàn)co2資源化利用的同時，生產(chǎn)高附加值的碳酸乙烯酯產(chǎn)品，被廣泛的研究與應用。

2、環(huán)氧乙烷(eo)與co2的酯化反應是一個放熱反應，一般反應壓力較高，對該反應系統(tǒng)的研究是整個ec合成工藝的關(guān)鍵部分。目前，針對ec合成反應器的型式研究包括塔式反應器、釜式反應器、固定床反應器、徑向反應器等。而目前工業(yè)化的裝置中，其反應系統(tǒng)采用多個空塔式反應器串聯(lián)技術(shù)，并在段間設置撤熱設備。

3、專利cn112876449b中提出了一種環(huán)狀碳酸酯的連續(xù)生產(chǎn)方法及系統(tǒng)，其碳酸酯反應系統(tǒng)采用多臺串聯(lián)的反應器進行合成反應，其存在設備數(shù)量多，占地面積大等問題；專利cn111013496a中提出了一種生產(chǎn)環(huán)碳酸酯的填料塔式反應器及生產(chǎn)方法，在該技術(shù)中采用單段填料塔式反應器進行ec合成反應，其在反應器內(nèi)設置填料，增加了反應器的壓降，容易存在換熱死區(qū)，且采用單段反應，反應轉(zhuǎn)化率較低；專利cn111072623a中提出了一種循環(huán)噴射混合法制備碳酸乙烯酯的方法，采用單臺容器反應器結(jié)合外部循環(huán)撤熱設備實現(xiàn)ec合成反應，但其需采用外部撤熱，設備數(shù)量多，且反應轉(zhuǎn)化率較低；專利cn212882379u中提出了一種碳酸乙烯酯合成生產(chǎn)裝置，采用兩臺反應器串聯(lián)進行ec合成反應，同時采用外部撤熱方式進行反應撤熱，其存在反應器占地面積大、反應設備數(shù)量多等問題。

4、因此，亟需一種反應區(qū)占地面積小、反應系統(tǒng)溫度可控、能量利用效率高、反應安全性強及反應轉(zhuǎn)化率高的新型二氧化碳制碳酸乙烯酯反應系統(tǒng)替代現(xiàn)有的工藝技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提出了一種二氧化碳制碳酸乙烯酯的反應系統(tǒng)。此反應系統(tǒng)能滿足工藝設計要求，具有反應區(qū)占地面積小、反應系統(tǒng)溫度可控、能量利用效率高、反應安全性強及反應轉(zhuǎn)化率高等特點。

2、本發(fā)明提出了一種二氧化碳制碳酸乙烯酯的反應系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括ec反應器、熱回收單元、循環(huán)泵和ec精制單元；

3、所述ec反應器用于ec合成反應、反應撤熱、液體均勻分布；

4、所述熱回收單元采用換熱介質(zhì)對反應器內(nèi)的物料進行撤熱和能量回收；

5、所述ec精制單元將來自ec反應器的ec粗液進行精制分離。

6、作為本發(fā)明的具體實施方式，所述ec反應器包括ec合成反應段、換熱段及液體分布器。

7、作為本發(fā)明的具體實施方式，所述ec合成反應段為ec合成反應的反應區(qū)域，所述ec合成反應段包括1～6段。

8、作為本發(fā)明的具體實施方式，所述ec合成反應段操作壓力為1.0mpag～10.0mpag，操作溫度為50℃～250℃；

9、所述co2的進料位置包括從管線混合進料、ec反應器直接進料；所述co2的進料相態(tài)包括液相、氣相；

10、所述ec反應器中反應物料的進出料方向包括下進上出、上進下出。

11、作為本發(fā)明的具體實施方式，所述ec反應器的換熱段為ec合成反應熱撤熱段，所述換熱段包括1～6段。

12、作為本發(fā)明的具體實施方式，所述換熱段的撤熱結(jié)構(gòu)型式包括盤管內(nèi)部撤熱、盤管外部撤熱、夾套撤熱、列管式撤熱。

13、作為本發(fā)明的具體實施方式，所述ec反應器的液體分布器位于ec反應器入口或者ec反應器中；所述液體分布器用于液體均勻分布，所述液體分布器包括1～6個。

14、作為本發(fā)明的具體實施方式，所述熱回收單元采用合理的換熱介質(zhì)對反應器內(nèi)的物料進行撤熱，同時進行能量回收；所述換熱介質(zhì)包括導熱油、鍋爐水、溫水、循環(huán)水、有機發(fā)電介質(zhì)。

15、作為本發(fā)明的具體實施方式，所述的ec合成反應器段間還設置反應中間物料返回管線，將反應器段間冷卻后的反應中間物料循環(huán)至ec反應器入口；以降低反應器內(nèi)的溫升速率，避免反應器飛溫，同時稀釋進料中eo濃度，提高反應器生產(chǎn)安全性。

16、作為本發(fā)明的具體實施方式，所述循環(huán)泵為反應中間物料返回管線提供動力。

17、作為本發(fā)明的具體實施方式，所述反應中間物料返回線位于反應器段間的抽出位置包括反應1-6段出口；具體地，反應一段出口、反應二段出口、反應三段出口、反應四段出口、反應五段出口、反應六段出口；所述反應中間物料循環(huán)率為5wt％～90wt％。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

19、1、本發(fā)明的二氧化碳制碳酸乙烯酯的反應系統(tǒng)，采用單臺反應器，在反應器內(nèi)部設置反應段、換熱段及液體分布器，保證在單塔內(nèi)實現(xiàn)ec高合成轉(zhuǎn)化率的同時，實現(xiàn)反應器內(nèi)液體的均勻分布及反應過程的及時撤熱。

20、2、本發(fā)明的二氧化碳制碳酸乙烯酯的反應系統(tǒng)，通過采用將反應器、外部撤熱換熱器及反應分布系統(tǒng)集成為一體的多功能先進反應設備，有效降低了ec反應系統(tǒng)的占地面積，高效平穩(wěn)控制反應器內(nèi)的反應溫度，并且可通過控制反應器末段的平衡溫度，提高整個ec合成反應的平衡轉(zhuǎn)化率。

21、3、本發(fā)明的二氧化碳制碳酸乙烯酯的反應系統(tǒng)，其中物流返回線是在指在反應器的反應一段、二段、三段等出口設置循環(huán)反應中間物料線，將反應器內(nèi)段間冷卻后的反應中間物料循環(huán)至反應器入口，從而降低反應內(nèi)的溫升速率，避免反應器飛溫現(xiàn)象，同時稀釋進料中eo濃度，提高反應器生產(chǎn)的安全性。

22、4、本發(fā)明的二氧化碳制碳酸乙烯酯的反應系統(tǒng)，其中熱回收單元是指采用反應器外部撤熱方式，采用合理的換熱媒介對反應器內(nèi)的物料進行撤熱，同時進行能量回收。熱回收系統(tǒng)所采用的媒介包括但不限于導熱油、鍋爐水、溫水、循環(huán)水、有機發(fā)電介質(zhì)等，通過對反應器中的中低溫熱量進行合理回收利用，提高了整個ec反應系統(tǒng)的能量利用效率；

23、5、本發(fā)明的二氧化碳制碳酸乙烯酯的反應系統(tǒng)，可實現(xiàn)eo單程轉(zhuǎn)化率99％以上，且具有反應區(qū)占地面積小、反應系統(tǒng)溫度可控、能量利用效率高、反應安全性強及反應轉(zhuǎn)化率高等特點。

技術(shù)特征：

1.一種二氧化碳制碳酸乙烯酯的反應系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括ec反應器、熱回收單元、循環(huán)泵和ec精制單元；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應系統(tǒng)，其特征在于，所述ec反應器包括ec合成反應段、換熱段及液體分布器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的反應系統(tǒng)，其特征在于，所述ec合成反應段為ec合成反應的反應區(qū)域，所述ec合成反應段包括1～6段。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的反應系統(tǒng)，其特征在于，所述ec合成反應段操作壓力為1.0mpag～10.0mpag，操作溫度為50℃～250℃；

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的反應系統(tǒng)，其特征在于，所述ec反應器的換熱段為ec合成反應熱撤熱段，所述換熱段包括1～6段。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的反應系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱段的撤熱結(jié)構(gòu)型式包括盤管內(nèi)部撤熱、盤管外部撤熱、夾套撤熱、列管式撤熱。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的反應系統(tǒng)，其特征在于，所述ec反應器的液體分布器位于ec反應器入口或者ec反應器中；所述液體分布器用于液體均勻分布，所述液體分布器包括1～6個。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的反應系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱介質(zhì)包括導熱油、鍋爐水、溫水、循環(huán)水、有機發(fā)電介質(zhì)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的反應系統(tǒng)，其特征在于，所述的ec合成反應器段間還設置反應中間物料返回管線，將反應器段間冷卻后的反應中間物料循環(huán)至ec反應器入口；所述循環(huán)泵為反應中間物料返回管線提供動力。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9所述的反應系統(tǒng)，其特征在于，所述反應中間物料返回線位于反應器段間的抽出位置包括反應1-6段出口；所述反應中間物料循環(huán)率為5wt％～90wt％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種二氧化碳制碳酸乙烯酯的反應系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括EC反應器、熱回收單元、循環(huán)泵和EC精制單元；EC反應器包括反應段、換熱段及液體分布器。保證在單塔內(nèi)實現(xiàn)EC高合成轉(zhuǎn)化率的同時，實現(xiàn)反應器內(nèi)液體的均勻分布及反應過程的及時撤熱。通過采用將反應器、外部撤熱換熱器及反應分布系統(tǒng)集成為一體的多功能先進反應設備，有效降低了EC反應系統(tǒng)的占地面積，高效平穩(wěn)控制反應器內(nèi)的反應溫度，并且可通過控制反應器末段的平衡溫度，提高整個EC合成反應的平衡轉(zhuǎn)化率，可實現(xiàn)EO單程轉(zhuǎn)化率99％以上；在反應器的反應一段、二段、三段出口設置循環(huán)物料線，將反應器段間冷卻后的反應物料循環(huán)至反應器入口，從而降低反應內(nèi)的溫升速率，避免反應器飛溫現(xiàn)象，同時稀釋進料中EO濃度，提高反應器生產(chǎn)的安全性。

技術(shù)研發(fā)人員：孫志剛,肖文德,張啟云,高海見,嚴誠磊,胡力,李學剛,劉成偉
受保護的技術(shù)使用者：中石化寧波工程有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2