CN210796296U - 基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及碳酸丙烯酯制备装置领域，公开了一种基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置，包括进出料组件、反应组件、分离组件、蒸馏组件、冷凝组件及碳酸丙烯酯成品储存罐，进出料组件包括二氧化碳通入管、催化剂通入管、环氧丙烷流入管及换热器，换热器内设置有相互隔离的第一换热腔体及第二换热腔体，环氧丙烷流入管与第一换热腔体连通。本实用新型通过分离器组及蒸馏组件对反应混合物的分离及提纯，大大提高了碳酸丙烯酯成品的纯度；而且，通过对反应热的回收利用，来升高环氧丙烷的进入反应塔前的初始温度，以及降低反应混合物冷凝前的初始温度，从而缩短环氧丙烷的加热时间和反应混合物的冷却时间，以及降低能耗。

Description

基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置

技术领域

本实用新型涉及碳酸丙烯酯制备装置领域，特别是涉及一种基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置。

背景技术

自工业革命以来，化石燃料被大量使用，在其燃烧加工过程中排放过多的二氧化碳，二氧化碳被认为是一种温室气体，是造成全球温室效应的主要来源之一，因此减少二氧化碳的排放或对二氧化碳加以综合利用对减轻全球温室效应具有重要意义。

将二氧化碳转化为有机碳酸酯是减少二氧化碳排放的有效途径之一，目前混合气液有环状碳酸酯，非环状碳酸酯和聚碳酸酯三大类，其中二氧化碳和环氧丙烷合成碳酸丙烯酯是用途广泛的领域，生成的碳酸丙烯酯产品不仅是一种性能优良的溶剂，而且是一种重要的有机化工产品，在电池、纺织、印染、高分子合成领域都有广泛的应用。

传统的碳酸丙烯酯制备装置包括反应塔及冷却器，将二氧化碳、催化剂及环氧丙烷通入反应塔内，二氧化碳和环氧丙烷在催化剂的催化下合成碳酸丙烯酯，得到碳酸丙烯酯产物，然后直接排入冷却器内降温。但是，这种碳酸丙烯酯制备装置制备的碳酸丙烯酯产物除了含有碳酸丙烯酯，还会含有二氧化碳、催化剂及环氧丙烷，导致其碳酸丙烯酯纯度较低。而且，环加成反应后，碳酸丙烯酯产物的温度很高，直接对反应混合物进行降温，会导致降温时间较长以及耗能较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种提高碳酸丙烯酯成品纯度、缩短降温时间及降低能耗的基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置，包括：

进出料组件，所述进出料组件包括二氧化碳通入管、催化剂通入管、环氧丙烷流入管及换热器，所述换热器内设置有相互隔离的第一换热腔体及第二换热腔体，所述环氧丙烷流入管与所述第一换热腔体连通；

反应组件，所述反应组件包括反应塔及反应混合物流出管，所述反应塔包括上封头、塔身及下封头，所述上封头及所述下封头分别与所述塔身连接，所述下封头分别与所述二氧化碳通入管、所述催化剂通入管及所述第一换热腔体连通，所述反应混合物流出管的第一端与所述上封头连通，所述反应混合物流出管的第二端与所述第二换热腔体连通；

分离组件，所述分离组件包括分离器组、二氧化碳流出管及碳酸丙烯酯粗品流出管，所述分离器组与所述第二换热腔体连通，所述分离器组的顶部与所述二氧化碳流出管连通，所述分离器组的底部与所述碳酸丙烯酯粗品流出管的第一端连通；

蒸馏组件，所述蒸馏组件包括蒸馏塔、碳酸丙烯酯成品流出管及催化剂流出管，所述蒸馏塔与所述碳酸丙烯酯粗品流出管的第二端连通，所述蒸馏塔的顶部与所述碳酸丙烯酯成品流出管的第一端连通，所述蒸馏塔的底部与所述催化剂流出管连通；

冷凝组件，所述冷凝组件包括冷凝器及碳酸丙烯酯成品流通管，所述冷凝器的第一端与所述碳酸丙烯酯成品流出管的第二端连通，所述冷凝器的第二端与所述碳酸丙烯酯成品流通管的第一端连通；及

碳酸丙烯酯成品储存罐，所述碳酸丙烯酯成品储存罐与所述碳酸丙烯酯成品流通管的第二端连通。

在其中一种实施方式，所述进出料组件还包括二氧化碳加热器，所述二氧化碳加热器设置于所述二氧化碳通入管上。

在其中一种实施方式，所述进出料组件还包括环氧丙烷加压泵，所述环氧丙烷加压泵与所述环氧丙烷流入管远离所述第一换热腔体的一端连通。

在其中一种实施方式，所述进出料组件还包括环氧丙烷过渡连接管，所述环氧丙烷过渡连接管分别与所述下封头及所述第一换热腔体连通。

在其中一种实施方式，所述进出料组件还包括环氧丙烷加热器，所述环氧丙烷加热器设置于所述环氧丙烷过渡连接管上。

在其中一种实施方式，所述分离器组包括一级分离器及二级分离器，所述一级分离器与所述第二换热腔体连通，所述二级分离器与所述一级分离器连通，所述一级分离器及所述二级分离器的顶部分别与所述二氧化碳流出管连通，所述二级分离器组的底部与所述碳酸丙烯酯粗品流出管的第一端连通。

在其中一种实施方式，所述蒸馏组件还包括蒸汽发生器，所述蒸汽发生器与所述蒸馏塔连通。

在其中一种实施方式，所述分离组件还包括二氧化碳回流管，所述二氧化碳回流管的第一端与所述二氧化碳流出管连通，所述二氧化碳回流管的第二端与所述二氧化碳通入管连通。

在其中一种实施方式，所述蒸馏组件还包括催化剂回流管，所述催化剂回流管的第一端与所述催化剂流出管连通，所述催化剂回流管的第二端与所述催化剂通入管连通。

在其中一种实施方式，所述冷凝组件还包括碳酸丙烯酯成品回流管，所述碳酸丙烯酯成品回流管的第一端与所述冷凝器的第二端连通，所述碳酸丙烯酯成品回流管的第二端与所述蒸馏塔流通。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下优点：

1、本实用新型通过分离器组及蒸馏塔对反应混合物的分离及提纯，使得碳酸丙烯酯成品品质优良，其碳酸丙烯酯纯度高达99％；而且，通过对反应热的回收利用，来升高环氧丙烷的进入反应塔前的初始温度，以及降低反应混合物分离前的初始温度，从而缩短环氧丙烷的加热时间和反应混合物的冷却时间，进而降低能耗。

2、本实用新型将一级分离器的温度控制在60℃～80℃，来排去反应混合物中的二氧化碳和环氧丙烷，再将二级分离器温度控制在105℃～230℃，来排去四丁基溴化铵，使得反应混合物中只剩下碘化钾及碳酸丙烯酯，如此，才可以保证蒸馏操作的有效进行，从而保证碳酸丙烯酯成品的纯度。

3、本实用新型通过二氧化碳回流管及催化剂回流管，来分别回收二氧化碳及催化剂，从而降低原料成本以及减少温室气体排放。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型一实施方式的基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置的结构示意图；

图2为本实用新型一实施方式的基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一实施方式，请参阅图1，一种基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置10，包括进出料组件110、反应组件120、分离组件130、蒸馏组件140、冷凝组件150及碳酸丙烯酯成品储存罐160。所述进出料组件110包括二氧化碳通入管111、催化剂通入管112、环氧丙烷流入管113及换热器114，所述换热器114内设置有相互隔离的第一换热腔体及第二换热腔体，所述环氧丙烷流入管113与所述第一换热腔体连通。所述反应组件120包括反应塔121及反应混合物流出管122，所述反应塔121包括上封头、塔身及下封头，所述上封头及所述下封头分别与所述塔身连接，所述下封头分别与所述二氧化碳通入管111、所述催化剂通入管112及所述第一换热腔体连通，所述反应混合物流出管122的第一端与所述上封头连通，所述反应混合物流出管122的第二端与所述第二换热腔体连通。所述分离组件130包括分离器组131、二氧化碳流出管132及碳酸丙烯酯粗品流出管133，所述分离器组131与所述第二换热腔体连通，所述分离器组131的顶部与所述二氧化碳流出管132连通，所述分离器组131的底部与所述碳酸丙烯酯粗品流出管133的第一端连通。所述蒸馏组件140包括蒸馏塔141、碳酸丙烯酯成品流出管142及催化剂流出管143，所述蒸馏塔141与所述碳酸丙烯酯粗品流出管133的第二端连通，所述蒸馏塔141的顶部与所述碳酸丙烯酯成品流出管142的第一端连通，所述蒸馏塔141的底部与所述催化剂流出管143连通。所述冷凝组件150包括冷凝器151及碳酸丙烯酯成品流通管152，所述冷凝器151的第一端与所述碳酸丙烯酯成品流出管142的第二端连通，所述冷凝器151的第二端与所述碳酸丙烯酯成品流通管152的第一端连通。所述碳酸丙烯酯成品储存罐160与所述碳酸丙烯酯成品流通管152的第二端连通。

对上述基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置10进行说明：以催化剂为碘化钾，助催化剂为聚乙二醇和四丁基溴化铵为例，环氧丙烷流入管113将待反应的环氧丙烷通入换热器114的第一换热腔体内，第二换热腔体用于盛装反应混合物，第一换热腔体内的环氧丙烷与第二换热腔体的反应混合物进行热量交换。在环氧丙烷吸收反应混合物的热量后，将环氧丙烷通入反应塔121内，通过二氧化碳通入管111及催化剂通入管112，分别通入二氧化碳及催化剂，通过对反应塔121升温加压使其温度达到130℃～150℃，以及压力达到1.5MPa～1.8MPa。此时，二氧化碳为气相，环氧丙烷、催化剂和助催化剂为液相。二氧化碳和环氧丙烷在催化剂和助催化剂的协同催化下合成碳酸丙烯酯，得到反应混合物。接着，反应混合物流出管122将反应混合物通入分离器组131内，通过对分离器降温使其温度达到105℃～150℃，对反应混合物进行气液分离操作。此时，环氧丙烷和四丁基溴化铵由液相转换为气相，连同二氧化碳，共同作为混合气体，从二氧化碳流出管132输出。碳酸丙烯酯、催化剂和聚乙二醇仍为液相，共同作为含酯混合液，从碳酸丙烯酯粗品流出管133通入蒸馏塔141内。接着，通过对蒸馏塔141升温加压使其温度达到230℃～240℃，压力达到0.01MPa～0.05MPa，对含酯混合液进行蒸馏操作。催化剂和聚乙二醇仍为液相，共同作为循环催化浓缩液，留在蒸馏塔141内。碳酸丙烯酯的常压沸点为240℃，在此高温高压条件下转换为气相，作为碳酸丙烯酯成品，从碳酸丙烯酯成品流出管142通入冷凝器151内。接着，由冷凝器151对碳酸丙烯酯成品进行冷凝操作，将碳酸丙烯酯成品的温度降至常温，以使碳酸丙烯酯成品由气相转换为液相。然后，碳酸丙烯酯成品流通管152将冷凝后的碳酸丙烯酯成品通入碳酸丙烯酯成品储存罐160内进行储存。如此，可以得到碳酸丙烯酯纯度在99％以上的碳酸丙烯酯成品。

另外，需要说明的是，通过换热器114将环氧丙烷与反应混合物进行热量交换，如此，通过对反应热的回收利用，来升高环氧丙烷的进入反应塔121前的初始温度，以及降低反应混合物分离前的初始温度，从而缩短环氧丙烷的加热时间和反应混合物的冷却时间，进而降低能耗。

进一步地，请参阅图1，所述进出料组件110还包括二氧化碳加热器115，所述二氧化碳加热器115设置于所述二氧化碳通入管111上。需要说明的是，通过二氧化碳加热器115将二氧化碳的温度升高至130℃～150℃。

进一步地，请参阅图1，所述进出料组件110还包括环氧丙烷加压泵116，所述环氧丙烷加压泵116与所述环氧丙烷流入管113远离所述第一换热腔体的一端连通。需要说明的是，环氧丙烷加压泵116可以增高环氧丙烷流体的压力，避免其因压力不足而无法进入反应塔121，还可以控制环氧丙烷的流速，进而控制反应时环氧丙烷的用量。

进一步地，请参阅图1，所述进出料组件110还包括环氧丙烷过渡连接管117，所述环氧丙烷过渡连接管117分别与所述下封头及所述第一换热腔体连通。所述进出料组件110还包括环氧丙烷加热器118，所述环氧丙烷加热器118设置于所述环氧丙烷过渡连接管117上。需要说明的是，通过环氧丙烷加热器118将换热后的环氧丙烷的温度升高至130℃～150℃。

进一步地，请参阅图1，所述分离器组131包括一级分离器1311、二级分离器1312、四丁基溴化铵流出管1313。所述一级分离器1311与所述第二换热腔体连通，所述二级分离器1312与所述一级分离器1311连通，所述一级分离器1311的顶部与所述二氧化碳流出管132连通，所述四丁基溴化铵流出管1313的第一端与所述二级分离器1312的顶部连通，所述四丁基溴化铵流出管1313的第二端与所述二氧化碳流出管132连通，所述二级分离器1312组131的底部与所述碳酸丙烯酯粗品流出管133的第一端连通。需要说明的是，以催化剂为碘化钾，助催化剂为聚乙二醇和四丁基溴化铵为例，将一级分离器1311的温度控制在60℃～80℃，通过二氧化碳流出管132排去反应混合物中的二氧化碳和环氧丙烷。再将二级分离器1312温度控制在105℃～150℃，通过四丁基溴化铵流出管1313排去四丁基溴化铵，使得反应混合物中只剩下碘化钾、聚乙二醇及碳酸丙烯酯。如此，才可以保证蒸馏操作的有效进行，从而保证碳酸丙烯酯成品的纯度。

进一步地，请参阅图1，所述蒸馏组件140还包括蒸汽发生器144，所述蒸汽发生器144与所述蒸馏塔141连通。需要说明的是，蒸汽发生器144为蒸馏塔141提供高温蒸汽，来使得蒸馏塔141的温度升高至230℃～240℃。

进一步地，请参阅图1，所述分离组件130还包括二氧化碳回流管134，所述二氧化碳回流管134的第一端与所述二氧化碳流出管132连通，所述二氧化碳回流管134的第二端与所述二氧化碳通入管111连通。需要说明的是，二氧化碳回流管134能够将二氧化碳及环氧丙烷回收至反应塔121内，从而降低二氧化碳成本以及减少温室气体排放。

进一步地，所述蒸馏组件140还包括催化剂回流管145，所述催化剂回流管145的第一端与所述催化剂流出管143连通，所述催化剂回流管145的第二端与所述催化剂通入管112连通。需要说明的是，催化剂回流管145能够将催化剂及部分助催化剂回收至反应塔121内，从而降低催化剂成本。

进一步地，请参阅图1，所述冷凝组件150还包括碳酸丙烯酯成品回流管153，所述碳酸丙烯酯成品回流管153的第一端与所述冷凝器151的第二端连通，所述碳酸丙烯酯成品回流管153的第二端与所述蒸馏塔141流通。需要说明的是，蒸馏塔141内的温度为230℃～240℃，而反应塔121需要的反应温度为130℃～150℃，故催化剂及部分助催化剂在回收通入反应塔121前，需要进行降温，相比于再增设一台冷凝器151对催化剂及部分助催化剂进行降温，本实用新型是通过碳酸丙烯酯成品回流管153将一部分冷凝后的碳酸丙烯酯成品回流至蒸馏塔141内，与蒸馏塔141内的催化剂及部分助催化剂进行换热，以使催化剂及部分助催化剂的温度降至130℃～150℃，再回收至反应塔121内，如此，在达到对回收前的催化剂及部分助催化剂进行冷凝的功能的同时，还可以降低设备成本以及设备占地面积。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下优点：

1、本实用新型通过分离器组131及蒸馏塔141对反应混合物的分离及提纯，使得碳酸丙烯酯成品品质优良，其碳酸丙烯酯纯度高达99％；而且，通过对反应热的回收利用，来升高环氧丙烷的进入反应塔121前的初始温度，以及降低反应混合物分离前的初始温度，从而缩短环氧丙烷的加热时间和反应混合物的冷却时间，进而降低能耗。

2、本实用新型将一级分离器1311的温度控制在60℃～80℃，来排去反应混合物中的二氧化碳和环氧丙烷，再将二级分离器1312温度控制在105℃～230℃，来排去四丁基溴化铵，使得反应混合物中只剩下碘化钾及碳酸丙烯酯，如此，才可以保证蒸馏操作的有效进行，从而保证碳酸丙烯酯成品的纯度。

3、本实用新型通过二氧化碳回流管134及催化剂回流管145，来分别回收二氧化碳及催化剂，从而降低原料成本以及减少温室气体排放。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置，其特征在于，包括：

进出料组件，所述进出料组件包括二氧化碳通入管、催化剂通入管、环氧丙烷流入管及换热器，所述换热器内设置有相互隔离的第一换热腔体及第二换热腔体，所述环氧丙烷流入管与所述第一换热腔体连通；

反应组件，所述反应组件包括反应塔及反应混合物流出管，所述反应塔包括上封头、塔身及下封头，所述上封头及所述下封头分别与所述塔身连接，所述下封头分别与所述二氧化碳通入管、所述催化剂通入管及所述第一换热腔体连通，所述反应混合物流出管的第一端与所述上封头连通，所述反应混合物流出管的第二端与所述第二换热腔体连通；

分离组件，所述分离组件包括分离器组、二氧化碳流出管及碳酸丙烯酯粗品流出管，所述分离器组与所述第二换热腔体连通，所述分离器组的顶部与所述二氧化碳流出管连通，所述分离器组的底部与所述碳酸丙烯酯粗品流出管的第一端连通；

蒸馏组件，所述蒸馏组件包括蒸馏塔、碳酸丙烯酯成品流出管及催化剂流出管，所述蒸馏塔与所述碳酸丙烯酯粗品流出管的第二端连通，所述蒸馏塔的顶部与所述碳酸丙烯酯成品流出管的第一端连通，所述蒸馏塔的底部与所述催化剂流出管连通；

冷凝组件，所述冷凝组件包括冷凝器及碳酸丙烯酯成品流通管，所述冷凝器的第一端与所述碳酸丙烯酯成品流出管的第二端连通，所述冷凝器的第二端与所述碳酸丙烯酯成品流通管的第一端连通；及

碳酸丙烯酯成品储存罐，所述碳酸丙烯酯成品储存罐与所述碳酸丙烯酯成品流通管的第二端连通。

2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置，其特征在于，所述进出料组件还包括二氧化碳加热器，所述二氧化碳加热器设置于所述二氧化碳通入管上。

3.根据权利要求1所述的基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置，其特征在于，所述进出料组件还包括环氧丙烷加压泵，所述环氧丙烷加压泵与所述环氧丙烷流入管远离所述第一换热腔体的一端连通。

4.根据权利要求1所述的基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置，其特征在于，所述进出料组件还包括环氧丙烷过渡连接管，所述环氧丙烷过渡连接管分别与所述下封头及所述第一换热腔体连通。

5.根据权利要求4所述的基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置，其特征在于，所述进出料组件还包括环氧丙烷加热器，所述环氧丙烷加热器设置于所述环氧丙烷过渡连接管上。

6.根据权利要求1所述的基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置，其特征在于，所述分离器组包括一级分离器及二级分离器，所述一级分离器与所述第二换热腔体连通，所述二级分离器与所述一级分离器连通，所述一级分离器及所述二级分离器的顶部分别与所述二氧化碳流出管连通，所述二级分离器组的底部与所述碳酸丙烯酯粗品流出管的第一端连通。

7.根据权利要求1所述的基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置，其特征在于，所述蒸馏组件还包括蒸汽发生器，所述蒸汽发生器与所述蒸馏塔连通。

8.根据权利要求1所述的基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置，其特征在于，所述分离组件还包括二氧化碳回流管，所述二氧化碳回流管的第一端与所述二氧化碳流出管连通，所述二氧化碳回流管的第二端与所述二氧化碳通入管连通。

9.根据权利要求1所述的基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置，其特征在于，所述蒸馏组件还包括催化剂回流管，所述催化剂回流管的第一端与所述催化剂流出管连通，所述催化剂回流管的第二端与所述催化剂通入管连通。

10.根据权利要求1所述的基于二氧化碳原料的碳酸丙烯酯制备装置，其特征在于，所述冷凝组件还包括碳酸丙烯酯成品回流管，所述碳酸丙烯酯成品回流管的第一端与所述冷凝器的第二端连通，所述碳酸丙烯酯成品回流管的第二端与所述蒸馏塔流通。

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