ES3035148T3 - Gas-liquid bubbling bed reactor, reaction system and method for synthesizing carbonate - Google Patents

Gas-liquid bubbling bed reactor, reaction system and method for synthesizing carbonate

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ES3035148T3 ES20878458T ES20878458T ES3035148T3 ES 3035148 T3 ES3035148 T3 ES 3035148T3 ES 20878458 T ES20878458 T ES 20878458T ES 20878458 T ES20878458 T ES 20878458T ES 3035148 T3 ES3035148 T3 ES 3035148T3
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Weisheng Yang
Na Li
Dizong Sun
Wenjun He
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China Petroleum and Chemical Corp
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Abstract

Un reactor de lecho burbujeante gas-líquido (I), que comprende un distribuidor de líquido, un distribuidor de gas ubicado debajo del distribuidor de líquido, una capa de lecho catalizador y una placa de soporte del catalizador, y un filtro de intercepción opcional. La parte superior del reactor (I) cuenta con una salida de gas; un puerto de alimentación conectado al distribuidor de líquido y una entrada de gas conectada al distribuidor de gas se encuentran en el reactor (I); y un puerto de descarga se encuentra en la parte inferior. Un sistema de reacción, que comprende: el reactor de lecho burbujeante gas-líquido (I) como reactor principal y un reactor secundario (VII). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Reactor de lecho burbujeante de gas-líquido, sistema de reacción y método para sintetizar carbonato
Campo técnico
La presente invención se refiere a un reactor de lecho burbujeante de gas-liquido, más particularmente a un reactor de lecho burbujeante de gas-líquido para sintetizar carbonato; a un sistema de reacción; a un procedimiento para sintetizar carbonato usando el sistema de reacción, más particularmente a un procedimiento para sintetizar carbonato usando óxido de alquileno y dióxido de carbono.
Tecnología de antecedentes
El carbonato es un compuesto en el que parte o la totalidad de los átomos de hidrógeno de los dos grupos hidroxilo (-OH) en la molécula de ácido carbónico están sustituidos por grupos alquilo. En presencia de ácidos fuertes, se descompondrá en dióxido de carbono y alcohol.
El carbonato puede usarse en muchos aspectos. El carbonato de dimetilo puede usarse como agente metilante. El pirocarbonato de dimetilo puede usarse como conservante. El policarbonato puede usarse como material polimérico. El carbonato de etileno y el carbonato de propileno pueden usarse como disolventes polares.
Tomando el carbonato como ejemplo, en la técnica anterior, existen principalmente tres métodos de síntesis, concretamente, el método del fosgeno, el método de transesterificación y el método de adición de óxido de alquileno y dióxido de carbono.
El método del fosgeno se refiere a un método de preparación de carbonato haciendo reaccionar alcohol o fenol con fosgeno. Este es un método usado habitualmente para preparar carbonato en el pasado, pero debido a que el fosgeno es altamente tóxico y provoca una grave contaminación para el medioambiente, se ha prohibido este método en los países desarrollados, por lo que está reemplazándose este método gradualmente por otros métodos menos contaminantes.
El método de transesterificación se refiere a un método de preparación de carbonato mediante transesterificación de carbonato de dialquilo y alcanodiol. La clave de este método es encontrar un catalizador adecuado. Sin embargo, las materias primas de este método son relativamente costosas, y la eficiencia del catalizador es relativamente baja. El método de adición de óxido de alquileno y dióxido de carbono se refiere a una reacción de óxido de alquileno y dióxido de carbono bajo la acción de un catalizador para formar carbonato. La reacción es exotérmica y reductora de volumen, y la baja temperatura y la alta presión son favorables para que avance la reacción. El sistema de reacción incluye principalmente un sistema catalítico homogéneo y un sistema catalítico heterogéneo. La selección del catalizador es también la clave para el progreso suave de la reacción.
Ahora se está agravando la crisis energética, por lo que el uso racional del dióxido de carbono es propicio para el desarrollo sostenible de la conservación de la energía. El dióxido de carbono se usa como materia prima en la síntesis de carbonatos, que tiene buena importancia práctica. Existen dos sistemas para preparar carbonato haciendo reaccionar óxido de alquileno con dióxido de carbono, concretamente el sistema homogéneo y el sistema heterogéneo. Un sistema homogéneo tiene problemas tales como que la separación de productos es difícil y que se usa una gran cantidad del catalizador, por lo que su desarrollo está limitado en cierta medida. El método heterogéneo es de un valor industrial relativamente bueno, porque favorece la separación del producto de reacción y el catalizador, y el catalizador se regenera fácilmente y puede reciclarse muchas veces.
El documento CN106478583 divulga la síntesis de carbonato de etileno. El óxido de etileno y el dióxido de carbono se alimentan respectivamente desde una porción superior y una porción inferior de un primer reactor de síntesis segmentado (es decir, un reactor de lecho burbujeante); un producto generado bajo el efecto de un catalizador en el reactor se descarga desde el fondo del reactor, se enfría por medio de un enfriador y se presuriza, después de que un tanque de separación de gas de producto separe una fase gaseosa del producto, mediante una bomba de circulación; una parte del producto se hace circular de vuelta al primer reactor de síntesis segmentado, y se elimina el calor de reacción, y una parte entra en una porción superior de un segundo reactor de síntesis segmentado, se hace reaccionar con el dióxido de carbono introducido desde una porción inferior de modo que el óxido de etileno se convierte completamente, y el producto líquido obtenido se descarga desde el fondo del segundo reactor de síntesis segmentado y se presuriza por medio de una bomba de producto y luego se transfiere al exterior; una fase gaseosa descargada desde las cabezas del primer y segundo reactores de síntesis segmentados se descarga después de la retirada de óxido de etileno por medio de un tanque de absorción de EO.
El documento CN106588862A divulga un procedimiento de purificación y un sistema de purificación de carbonato de etileno, que adoptan respectivamente una columna de rectificación continua y una columna de rectificación discontinua. En primer lugar, el producto en bruto se pasa a la columna de rectificación continua, los componentes ligeros se retiran por la cabeza, los componentes pesados se retiran por el fondo, el producto purificado se extrae de la línea lateral y se pasa a la columna de rectificación discontinua, los componentes ligeros se retiran por la cabeza y el producto de carbonato de etileno se extrae de la línea lateral. En la ejecución de producción del procedimiento tecnológico, no se recupera carbonato de etileno en el componente ligero retirado, y el rendimiento de producto es bajo.
El documento CN102675276A divulga un procedimiento de producción estable y continuo controlado automáticamente para carbonato de etileno. Su centro de control recoge datos que incluyen velocidad de flujo, caudal, concentración, presión, temperatura y similares medidos por el sensor a través del circuito de retroalimentación de datos y luego integra y transmite los datos al efector a través del circuito de salida de instrucciones para controlar el encendido-apagado, velocidad de flujo y caudal de una bomba dosificadora de alta presión y lograr el propósito de producción equilibrada y continua. Sin embargo, el procedimiento de producción usa un catalizador homogéneo, que tiene grandes limitaciones.
Cuando el carbonato se prepara mediante el reactor de gas-líquido existente, todavía existen problemas de reacción insuficiente de las materias primas y baja eficiencia de conversión. Además, dado que el dióxido de carbono debe introducirse en el reactor como reactante, la introducción de dióxido de carbono puede conducir a su vez al atrapamiento de gas en la bomba. Además, debido a la introducción de gas en la reacción gas-líquido, el nivel de líquido fluctúa en gran medida, y es difícil determinar con precisión el nivel de líquido real del reactor usando un medidor de nivel de líquido tradicional, lo que puede conducir fácilmente a un estado de “tanque completo”, teniendo así una influencia negativa en la operación de reacción. Todos estos afectarán a la tasa de conversión de los reactantes, y entonces afectarán al rendimiento, la pureza, y similares del carbonato sintetizado final.
Sumario de la invención
Los inventores de la presente invención han realizado una investigación profunda y han hallado que los problemas técnicos mencionados anteriormente en la técnica anterior pueden resolverse usando el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido de la presente invención y, además, los problemas técnicos mencionados anteriormente en la técnica anterior pueden resolverse usando el sistema de reacción de la presente invención. Además, los inventores de la presente invención también han hallado un procedimiento para producir carbonato.
Específicamente, la presente invención proporciona las siguientes soluciones técnicas.
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un reactor de lecho burbujeante de gas-líquido, que comprende un distribuidor de líquido, un distribuidor de gas ubicado por debajo del distribuidor de líquido, una capa de lecho de catalizador y una placa de soporte de catalizador, y una rejilla de interceptación opcional, en el que la cabeza del reactor está dotada de una salida de gas, el reactor está dotado de una entrada de alimentación conectada al distribuidor de líquido, una entrada de gas conectada al distribuidor de gas, el fondo está dotado de una salida de descarga, preferiblemente el lecho de catalizador se carga con un catalizador heterogéneo.
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de reacción, que comprende el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido de la presente invención y un subreactor, la entrada de alimentación del subreactor está conectada a la salida de descarga del reactor de lecho burbujeante de gas-líquido, preferiblemente el subreactor es un reactor de lecho fijo, preferiblemente el espacio gaseoso del reactor de lecho burbujeante de gaslíquido está comunicado con el espacio gaseoso del subreactor.
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para sintetizar carbonato, que usa el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido mencionado anteriormente de la presente invención, y comprende las etapas de: mezclar óxido de alquileno y un primer gas de dióxido de carbono con un corriente de recirculación procedente del reactor y enviar la mezcla resultante a un distribuidor de líquido del reactor a través de la entrada de alimentación; enviar un segundo gas de dióxido de carbono a un distribuidor de gas del reactor a través de una entrada de gas; mezclar el segundo gas de dióxido de carbono que se mueve hacia arriba con una corriente que se mueve hacia abajo para hacer reaccionar en presencia de un catalizador y obtener una corriente líquida que contiene carbonato, preferiblemente el catalizador es heterogéneo.
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona a procedimiento para sintetizar carbonato, que usa el sistema de reacción mencionado anteriormente de la presente invención, y comprende las etapas: se enfría la corriente líquida que contiene carbonato mediante un enfriador y luego se divide en una primera corriente y una segunda corriente; se permite que la primera corriente como corriente de recirculación entre en la entrada de alimentación del reactor de lecho burbujeante de gas-líquido sucesivamente a través de una bomba de circulación, un mezclador y un aparato de disolución; se introduce óxido de alquileno en el mezclador para mezclarse con la corriente de recirculación; se introduce un primer gas de dióxido de carbono en el aparato de disolución para mezclarse con la corriente de recirculación; se permite que un segundo gas de dióxido de carbono entre en un distribuidor de gas del reactor de lecho burbujeante de gas-líquido; se mezclan el segundo gas de dióxido de carbono que se mueve hacia arriba y una corriente en fase líquida que se mueve hacia abajo y se hacen reaccionar en presencia de un catalizador para obtener una corriente líquida que contiene carbonato, preferiblemente el catalizador es un catalizador heterogéneo; se permite que la segunda corriente entre en el subreactor para continuar la reacción y producir carbonato.
Efecto de la invención
Con el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido de la presente invención y el procedimiento para sintetizar carbonato usando el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido, puede disolverse suficientemente gas de dióxido de carbono en la corriente de recirculación, reduciendo o evitando de ese modo el tiempo de disolución del dióxido de carbono en el reactor, capaz de mejorar la eficiencia de conversión del dióxido de carbono y el óxido de alquileno, acortando el tiempo de reacción y mejorando el rendimiento del carbonato, de modo que puede prepararse de manera eficiente carbonato con un alto rendimiento, y el producto de carbonato puede obtenerse con alta pureza. Además, el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido de la presente invención también puede evitar el atrapamiento de gas provocado por el gas de dióxido de carbono en la bomba de circulación.
A través del sistema de reacción de la presente invención y el procedimiento de síntesis para sintetizar usando el sistema de reacción, mientras que tiene los efectos excelentes mencionados anteriormente del reactor de gaslíquido de la presente invención, puede impedirse de manera eficaz el atrapamiento de gas provocado por el dióxido de carbono en la bomba de circulación, y puede suprimirse el impacto sobre la productividad provocado por el rebosamiento en el reactor de lecho burbujeante, y puede aumentarse el rendimiento de carbonato. Además, el sistema de reacción de la presente invención puede resolver el problema de mezclado de retorno en el procedimiento de reacción en el lecho burbujeante de gas-líquido, de modo que puede convertirse suficientemente el material de óxido de alquileno, y puede aumentarse el rendimiento de carbonato.
Además, con el sistema de reacción de la presente invención y el procedimiento de síntesis para sintetizar carbonato usando el sistema de reacción, el producto de carbonato en bruto puede rectificarse de manera continua a través de dos columnas (una columna de retirada de componentes ligeros y una columna de retirada de componentes pesados), la mayoría de los productos de calidad electrónica se obtienen desde la cabeza y la línea lateral de la columna de retirada de componentes pesados, y el componente ligero y el componente pesado se purifican adicionalmente mediante una columna discontinua, mejorando de ese modo no sólo el rendimiento de carbonato, sino también siendo capaz de mejorar las purezas de diversas calidades de carbonatos.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama esquemático del sistema para sintetizar carbonato de la presente invención.
La figura 2 es un diagrama esquemático de la unidad de separación para sintetizar carbonato de la presente invención.
En dichas figuras,
Descripción detallada de la invención
A continuación se hará referencia con detalle a las presentes realizaciones de la presente invención, pero debe entenderse que el alcance de la invención no está limitado por las realizaciones, sino que está definido por las reivindicaciones adjuntas.
Cuando la memoria descriptiva se refiere a un material, una sustancia, un procedimiento, una etapa, un dispositivo, un elemento y similares con la expresión tal como “conocido por los expertos en la técnica”, “técnica anterior” o un sinónimo de los mismos, se pretende que los objetos derivados por un prefijo de este tipo abarquen los que se han usado convencionalmente en la técnica en el momento de presentar esta solicitud, pero también incluyen los que pueden no usarse tan habitualmente en la actualidad, pero se conocerán en la técnica como adecuados para un propósito similar.
En el contexto de esta memoria descriptiva, excepto por lo que se indica explícitamente, cualquier elemento o materia no mencionada es directamente aplicable a los conocidos en la técnica sin ningún cambio. Además, cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento puede combinarse libremente con una o más de otras realizaciones descritas en el presente documento, y las soluciones técnicas o ideas técnicas resultantes se consideran como parte de la divulgación original o el registro original de la presente invención, y no debe considerarse como contenido nuevo que no se ha divulgado o anticipado en esta memoria descriptiva a menos que los expertos en la técnica creen que la combinación no es razonable.
La presente invención proporciona un reactor de lecho burbujeante de gas-líquido, que comprende un distribuidor de líquido, un distribuidor de gas ubicado por debajo del distribuidor de líquido, una capa de lecho de catalizador y una placa de soporte de catalizador, y una rejilla de interceptación opcional, en el que la cabeza del reactor está dotada de una salida de gas, el reactor está dotado de una entrada de alimentación conectada al distribuidor de líquido, una entrada de gas conectada al distribuidor de gas, el fondo está dotado de una salida de descarga, preferiblemente el lecho de catalizador se carga con un catalizador heterogéneo.
En la presente invención, la reacción gas-líquido no se limita al caso en que los materiales de partida necesitan estar en fase gaseosa y en fase líquida, sino que significa que la reacción se lleva a cabo de una manera gas-líquido, por ejemplo, puede ser una reacción en la que uno de los reactantes está en fase gaseosa y el otro de los reactantes está presente en la fase líquida. El reactor de gas-líquido de la invención se usa preferiblemente para la preparación de carbonatos, de manera particularmente preferible para la preparación de carbonatos mediante el método de adición de óxido de alquileno y dióxido de carbono en presencia de un catalizador heterogéneo.
En el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido de la presente invención, está dispuesta una capa de lecho de catalizador, y puede reforzarse el contacto de tres fases, concretamente, la fase gaseosa, la fase líquida, y la fase sólida como el catalizador en el lecho de catalizador, a través de la reacción de tipo burbujeante. La reacción se realiza de modo que la temperatura interna de la capa de lecho de catalizador es uniforme, y puede mejorarse la conversión de óxido de alquileno.
Más específicamente, según el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido de la presente invención, la cabeza está dotada de una salida de gas, el reactor está dotado de una entrada de alimentación y una entrada de gas, y el fondo de reactor está dotado de una salida de descarga, en el que la entrada de gas está ubicada relativamente por debajo de la entrada de alimentación.
Entre otros, la salida de gas en la cabeza del reactor se usa para la descarga de la sustancia gaseosa en la corriente de reacción. En este caso, la cabeza del reactor no significa que la salida de gas deba estar ubicada en la pared de cabeza del reactor, y también puede significar una posición en la pared lateral cerca de la parte superior del reactor (siempre que esté por encima del nivel de líquido de reacción), por ejemplo, una posición en la pared lateral del reactor tan cerca de la cabeza del reactor como sea posible. La entrada de alimentación se usa para alimentar una corriente líquida (por ejemplo, un material de reacción y corrientes de recirculación de reacción). Puede disponerse en la pared lateral del reactor o la cabeza del reactor, preferiblemente en la pared lateral del reactor.
La entrada de gas se usa para alimentar una corriente gaseosa (por ejemplo, dióxido de carbono). Al disponer la entrada de gas por debajo de la entrada de alimentación, después de que la corriente gaseosa entre en el reactor, puede lograrse un mezclado suficiente de las corrientes de gas-líquido. Puede disponerse en la pared lateral del reactor o también puede disponerse en el fondo del reactor, preferiblemente disponerse en la pared lateral del reactor y ubicarse en una posición por debajo de la entrada de alimentación.
Una salida de descarga en el fondo del reactor se usa para descargar la corriente de producto de reacción y la corriente de recirculación. En este caso, el fondo del reactor no significa que la salida de descarga deba estar ubicada en la pared de fondo del reactor, y también puede significar una posición en la pared lateral cerca de la parte inferior del reactor (siempre que esté por debajo del nivel de líquido de reacción), por ejemplo, una posición en la pared lateral del reactor tan cerca del fondo del reactor como sea posible.
En el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido de la presente invención, está dispuesto un distribuidor de líquido conectado a la entrada de alimentación y un distribuidor de gas conectado a la entrada de gas. El distribuidor de gas está ubicado por debajo del distribuidor de líquido. El propósito de disponer tanto el distribuidor de gas como el distribuidor de líquido es para lograr un contacto suficiente entre la corriente gaseosa y la corriente líquida.
En una realización de la presente invención, el distribuidor de líquido está ubicado en la parte superior del reactor, y durante la reacción, puede estar expuesto por encima del nivel de líquido de la reacción, y también puede estar sumergido por debajo del nivel de líquido de la reacción.
En una realización de la presente invención, el distribuidor de gas está ubicado en la parte intermedia o inferior del reactor, y cuando se lleva a cabo la reacción, el distribuidor de gas está sumergido por debajo del nivel de líquido de la reacción.
En el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido de la presente invención, también está dispuesta una capa de lecho de catalizador, y la capa de lecho de catalizador se usa para soportar un catalizador heterogéneo para la reacción. En la reacción de óxido de alquileno y dióxido de carbono, puede usarse un catalizador homogéneo o un catalizador heterogéneo. Se da preferencia a usar un catalizador heterogéneo.
En una realización de la presente invención, en el reactor, una placa de soporte de catalizador está dispuesta para soportar la capa de lecho de catalizador. La placa de soporte de catalizador también puede impedir de manera eficaz que entre dióxido de carbono en la bomba de circulación y evitar el atrapamiento de gas de la bomba de circulación.
La placa de soporte de catalizador está fabricada preferiblemente de acero inoxidable, puede tener forma de retícula o malla metálica, y puede estar dispuesta en un plano o en un no plano.
En una realización de la presente invención, también puede estar dispuesta una rejilla de interceptación en el reactor, y la rejilla de interceptación está dispuesta en la parte superior del reactor, más alta que el lecho de catalizador, para impedir que el catalizador sólido arrastrado durante la liberación de gas bloquee la tubería.
En una realización de la presente invención, el reactor está dotado además de una entrada de líquido, y la entrada de líquido se usa para someter a reflujo la corriente de reactante obtenida condensando la sustancia gaseosa descargada desde la salida de gas. La entrada de líquido puede estar ubicada en la cabeza del reactor o en la pared lateral del reactor. Preferiblemente está ubicada en la pared lateral del reactor.
En una realización de la presente invención, el distribuidor de gas es preferiblemente tubular. Al usar el distribuidor tubular, se garantizan los pasos para la subida de gas y la bajada de líquido, y se reduce la caída de presión del lecho.
En una realización de la presente invención, puede proporcionarse un dispositivo de agitación en el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido. Dentro de una gama que no altere los efectos de la presente invención, el dispositivo de agitación puede ser cualquier dispositivo de agitación conocido en la técnica.
En una realización de la presente invención, el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido comprende además: una bomba de circulación, que está ubicada entre la salida de descarga y la entrada de alimentación del reactor; un mezclador, que está ubicado entre la bomba de circulación y la entrada de alimentación del reactor y está dotado de una entrada de reactantes; un aparato de disolución, que está ubicado entre el mezclador y la entrada de alimentación del reactor y está dotado de una entrada de gas de reacción, y la bomba de circulación, el mezclador, y el aparato de disolución están conectados sucesivamente mediante tuberías.
Según una realización de la presente invención, el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido comprende además un enfriador, que está ubicado en la tubería de la corriente de recirculación desde la salida de descarga hasta la entrada de alimentación del reactor. El enfriador se usa para enfriar el sistema de reacción en el reactor. Preferiblemente, el enfriador está ubicado en la tubería entre la salida de descarga del reactor y la bomba de circulación.
En una realización de la presente invención, la bomba de circulación está dotada de una entrada de alimentación y una salida de descarga; la entrada de alimentación está conectada a la salida de descarga del reactor, y la salida de descarga está conectada a la entrada de alimentación del mezclador. En una realización de la presente invención, cuando el enfriador está ubicado entre la salida de descarga del reactor y la bomba de circulación, el enfriador está dotado de una entrada de alimentación y una salida de descarga, y la entrada de alimentación está conectada a la salida de descarga del reactor, y la salida de descarga está conectada a la entrada de alimentación de la bomba de circulación.
En una realización de la presente invención, el mezclador está dotado de una entrada de alimentación, una salida de descarga, y una entrada de reactantes; la entrada de alimentación está conectada a la salida de descarga de la bomba de circulación, la salida de descarga está conectada a la entrada de alimentación del aparato de disolución, y la entrada de reactantes se usa para recibir materias primas reactantes.
En una realización de la presente invención, el aparato de disolución está dotado de una entrada de alimentación, una salida de descarga, y una entrada de gas de reacción; la entrada de alimentación está conectada a la salida de descarga del mezclador, la salida de descarga está conectada a la entrada de alimentación del reactor, y la entrada de gas de reacción se usa para recibir el gas de reacción.
En una realización de la presente invención, la manera de llenado por ingeniería química conocida en la técnica puede usarse en el aparato de disolución y el mezclador para aumentar el mezclado con perturbación.
En la presente invención, un aparato de disolución se proporciona aguas abajo de la bomba de circulación. Puede evitarse el atrapamiento de gas de la bomba de circulación provocado por el gas, y puede evitarse el problema de funcionamiento inestable provocado por el atrapamiento de gas durante el procedimiento de reacción. Además, el atrapamiento de gas de la bomba de circulación puede evitarse adicionalmente al disponer el enfriador antes de la bomba de circulación.
Cuando el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido de la presente invención se usa para la síntesis de carbonato a partir de dióxido de carbono y óxido de alquileno, se introduce el óxido de alquileno en la entrada del mezclador; se introduce una parte del dióxido de carbono en la entrada del aparato de disolución.
Cuando se sintetiza carbonato a partir de dióxido de carbono y óxido de alquileno, la reacción entre dióxido de carbono y óxido de alquileno es una reacción de disolución, y el procedimiento de disolución es la etapa de control de toda la reacción. Si se usa simplemente un reactor burbujeante, el tiempo de reacción es relativamente largo. Además, el dióxido de carbono es soluble tanto en carbonato como en óxido de alquileno, y la solubilidad en carbonato puede alcanzar una concentración del 10-20 % en masa. Además, cuando se utiliza el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido de la presente invención para llevar a cabo la preparación de carbonato, con el aparato de disolución, antes de que el dióxido de carbono entre en el reactor, una parte del gas de dióxido de carbono se disuelve suficientemente en la corriente de recirculación, de modo que se aumenta el contenido de dióxido de carbono en la corriente de recirculación, reduciendo o evitando de ese modo el tiempo de disolución de dióxido de carbono en el reactor, y mejorando la tasa de conversión de reacción, de modo que la tasa de conversión de reacción puede alcanzar el 99 % o superior. Además, en la presente invención, se proporciona un aparato de disolución aguas abajo del mezclador. Puede aumentarse la disolución de dióxido de carbono en el soluto (óxido de alquileno), y puede aumentarse la concentración de dióxido de carbono en la corriente de recirculación que entra en el reactor, de ese modo puede aumentarse adicionalmente la conversión de reacción.
Según una realización de la presente invención, el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido comprende además un condensador, que está conectado a la salida de gas del reactor. El condensador se usa para condensar la sustancia gaseosa procedente del reactor y someter a reflujo la sustancia líquida obtenida condensando a través de la entrada de líquido del reactor en el reactor de lecho burbujeante.
En una realización de la presente invención, el condensador está dotado de una entrada de gas, una salida de gas y una salida de líquido; la entrada de gas está conectada a la salida de gas del reactor, y la salida de líquido está conectada a la entrada de líquido del reactor.
Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para sintetizar carbonato, que usa el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido mencionado anteriormente de la presente invención, y comprende las etapas de:
mezclar óxido de alquileno y un primer gas de dióxido de carbono con una corriente de recirculación procedente del reactor, y enviar la mezcla resultante a un distribuidor de líquido del reactor a través de la entrada de alimentación; enviar un segundo gas de dióxido de carbono a un distribuidor de gas del reactor a través de una entrada de gas; y mezclar el segundo gas de dióxido de carbono que se mueve hacia arriba con una corriente que se mueve hacia abajo para hacer reaccionar en presencia de un catalizador y obtener una corriente líquida que contiene carbonato. En una realización de la presente invención, la corriente de recirculación sale de una salida de descarga del reactor fluye a través de un enfriador y una bomba de circulación, luego se mezcla en un mezclador con óxido de alquileno introducido desde una entrada del mezclador, y luego se mezcla en un aparato de disolución con el primer dióxido de carbono introducido desde una entrada del aparato de disolución, y luego entra en el distribuidor de líquido del reactor a través de una entrada de alimentación.
En una realización de la presente invención, se permite que una sustancia gaseosa procedente del reactor entre en un condensador para llevar a cabo la separación gas-líquido, y el líquido obtenido se devuelve al reactor de lecho burbujeante de gas-líquido a través de una entrada de líquido.
En una realización de la presente invención, basándose en la masa total de dióxido de carbono introducido en el reactor, la razón de reparto del primer gas de dióxido de carbono con respecto al segundo gas de dióxido de carbono es de (1-50):(50-99), preferiblemente (10-50):(50-90).
En una realización de la presente invención, en la preparación inicial de carbonato, puede usarse o no un disolvente. Pueden usarse diversos carbonatos como disolvente, preferiblemente el disolvente es igual que el carbonato que va a prepararse. Después de iniciarse la preparación, puesto que el propio carbonato preparado puede usarse como disolvente de reacción, durante el procedimiento de preparación, puede añadirse adicionalmente de manera independiente disolvente nuevo, o el carbonato preparado puede usarse directamente como disolvente de reacción sin la adición del disolvente nuevo.
En la presente invención, la corriente de recirculación se refiere a una corriente procedente del reactor de lecho burbujeante, que contiene el disolvente de reacción, las materias primas de reacción, el producto intermedio de reacción, el producto de reacción (que puede ser el disolvente de reacción), y similares. En la presente invención, cuando la corriente de reactante se hace circular fuera del reactor principal, la composición de la corriente de recirculación cambia debido al cambio en la temperatura y la introducción de óxido de alquileno y dióxido de carbono como reactantes. La composición de la corriente de recirculación no pretende limitarse en la presente invención. En la presente invención, como óxido de alquileno, puede usarse óxido de etileno, óxido de 1,2-propileno, óxido de 1,3-propileno, óxido de butileno y similares, pero el óxido de alquileno no se limita a los mismos.
En una realización de la presente invención, en el procedimiento mencionado anteriormente para sintetizar carbonato, el catalizador usado en el reactor de lecho burbujeante es heterogéneo, y la razón de la densidad del catalizador con respecto a la densidad del reactante (una mezcla líquida de óxido de alquileno y carbonato) es de 0,3-2, preferiblemente 0,5-1,5. Con respecto a la clase de catalizador, pueden usarse aquellos usados convencionalmente en la técnica, tal como catalizadores a base de resina.
La densidad del catalizador es cercana a la densidad de los reactantes, y el catalizador está en un estado suspendido durante el mezclado de gas-líquido y la reacción, lo que es beneficioso para la distribución del gas en el reactor; si la densidad del catalizador es demasiado alta, el catalizador envolverá el distribuidor de gas, y el efecto de la reacción catalítica es deficiente.
En la reacción de sintetizar carbonato a partir de óxido de alquileno y dióxido de carbono, el catalizador más habitualmente usado en la industria es un catalizador homogéneo. Por tanto, hay catalizadores tanto en la corriente de recirculación como en el producto de reacción. Por tanto, después de la reacción, es necesario separar y recircular el catalizador, lo que aumenta la complejidad del procedimiento y la dificultad de funcionamiento. La presente invención adopta un catalizador heterogéneo y separa directamente el catalizador del reactante y el producto de reacción en el reactor, evitando de ese modo el aumento en el equipo adicional y el consumo de energía debido a la separación posterior del catalizador. Además, en el reactor de la presente invención, la disposición de la capa de lecho de catalizador puede reforzar el contacto de tres fases, concretamente, la fase gaseosa, la fase líquida, y la fase sólida como catalizador en el lecho de catalizador. La reacción se realiza de modo que la temperatura interna de la capa de lecho de catalizador es uniforme, y puede mejorarse la conversión del óxido de alquileno.
En una realización de la presente invención, el reactor de lecho burbujeante se somete a una regulación y control de la cantidad de calor con un enfriador a través de retirada de calor por circulación externa, y la temperatura de la capa de lecho de catalizador se controla mediante la cantidad de circulación de la bomba de circulación. En una base en masa, la cantidad recirculada es 10-100 veces la cantidad de alimentación de óxido de alquileno.
El gas procedente de la cabeza del reactor arrastrará una pequeña cantidad de óxido de alquileno y carbonato. El carbonato es fácil de cristalizar y precipitar a una temperatura por debajo de 40 °C, provocando el bloqueo de tuberías y/o válvulas. Por tanto, en la presente invención, el gas procedente la cabeza del reactor de lecho burbujeante se condensa mediante el condensador y luego se descarga fuera de un dispositivo de absorción de gas a través de un controlador de presión de gas, y la temperatura de condensación es no inferior a 40 °C.
En una realización de la presente invención, la razón molar de óxido de alquileno con respecto a dióxido de carbono en la reacción está en el intervalo usado habitualmente en la técnica, por ejemplo, la razón molar de dióxido de carbono con respecto a óxido de alquileno puede ser de 1:1-10:1, preferiblemente 1:1-2:1.
En una realización de la presente invención, la temperatura, la presión, y similares para la reacción de óxido de alquileno y dióxido de carbono pueden ser aquellas convencionales en la técnica. Por ejemplo, la presión de reacción puede ser de 1-10 MPa (presión manométrica), y la temperatura de reacción puede ser de 80-300 °C. En otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de reacción, que comprende el reactor de lecho burbujeante de gas-líquido mencionado anteriormente de la presente invención (algunas veces denominado también reactor principal en la presente invención) y un subreactor, la entrada de alimentación del subreactor está conectada a la salida de descarga del reactor de lecho burbujeante de gas-líquido.
En una realización de la presente invención, el subreactor puede ser un reactor elegido convencionalmente en la técnica, siempre que pueda completarse la reacción de los reactantes (por ejemplo, dióxido de carbono y óxido de alquileno) en la corriente de reacción. El subreactor puede no tener una entrada de gas de reactante puesto que es posible no introducir el reactante gaseoso en el subreactor. En una realización de la presente invención, el subreactor es preferiblemente un reactor de lecho fijo.
En una realización de la presente invención, no es necesario introducir una materia prima de reacción nueva (adicional) en el subreactor.
En una realización de la presente invención, la entrada de alimentación del subreactor está conectada a una posición entre la salida de descarga del reactor principal y la bomba de circulación a través de una tubería de conexión. En una realización de la presente invención, en el caso de que el reactor principal tenga un enfriador, la entrada de alimentación del subreactor está conectada a una posición entre el enfriador del reactor principal y la bomba de circulación a través de una tubería de conexión.
En una realización de la presente invención, la cabeza del subreactor está dotada de una salida de gas, el fondo del subreactor está dotado de una salida de descarga, y la entrada de alimentación está conectada a la salida de descarga del reactor principal. En este caso, la salida de gas en la cabeza del subreactor no significa que la salida de gas deba estar ubicada en la pared de cabeza del subreactor, y también puede significar una posición en la pared lateral cerca de la parte superior del subreactor (siempre que esté por encima del nivel de líquido de reacción), por ejemplo, una posición en la pared lateral del subreactor está tan cerca de la cabeza del subreactor como sea posible. La salida de descarga en el fondo del subreactor no significa que la salida de descarga deba estar ubicada en la pared de fondo del subreactor, y también puede significar una posición en la pared lateral cerca de la parte inferior del subreactor (siempre que esté por debajo del nivel de líquido de reacción), por ejemplo, una posición en la pared lateral del subreactor tan cerca del fondo del subreactor como sea posible. La entrada de alimentación del subreactor puede estar dispuesta en la pared lateral del reactor o la cabeza del reactor, preferiblemente en la pared lateral del reactor.
Debido al contacto contracorriente del gas y el líquido en el reactor principal, hay un mezclado de retorno en el procedimiento de reacción, dando como resultado que las corrientes (tal como la corriente que contiene óxido de alquileno) no pueden convertirse completamente. Por tanto, la presente invención no necesita introducir materias primas de reacción nuevas (adicionales) (tal como dióxido de carbono, óxido de alquileno) en el subreactor, sino que permite que los reactantes saturadamente disueltos (tal como dióxido de carbono, óxido de alquileno) en el producto de reacción procedente del reactor principal continúen reaccionando en el subreactor de una manera similar a flujo de pistón. De ese modo, puede mejorarse adicionalmente la tasa de conversión del reactante.
Por otro lado, en el caso de usar el sistema de reacción de la presente invención para sintetizar carbonato a partir de dióxido de carbono y óxido de alquileno, después de hacer pasar el dióxido de carbono en el reactor, debido a la influencia de la diferencia de densidad, fluctúa mucho el nivel de líquido. Es difícil usar un medidor de nivel de líquido tradicional para determinar con precisión el nivel de líquido real del reactor, lo que puede conducir fácilmente a un estado de “tanque lleno”. Por tanto, en la realización preferida de la presente invención, la salida de descarga del reactor principal está conectada a la entrada de alimentación del subreactor a través de la tubería, de modo que el reactor principal y el subreactor están conectados en serie, y los espacios de fase gaseosa de los dos reactores están comunicados, y el líquido del reactor principal entra en el subreactor por rebosamiento. En este momento, la posición de la entrada de alimentación del subreactor no está por debajo de la altura de llenado de la capa de lecho de catalizador del reactor principal, y no está por encima de la altura del distribuidor de líquido del reactor principal. En una realización de la presente invención, el reactor principal y el subreactor están conectados en serie, los espacios de fase gaseosa están comunicados, y el líquido del reactor principal entra en el subreactor por rebosamiento. En una realización de la presente invención, la posición de la entrada de alimentación del subreactor no está por debajo de la altura de llenado de la capa de lecho de catalizador del reactor principal, y no está por encima de la altura del distribuidor de líquido del reactor principal. En una realización de la presente invención, la salida de gas del subreactor está conectada al condensador mencionado anteriormente. Más específicamente, el condensador se usa para condensar la sustancia gaseosa procedente del subreactor y someter a relujo la sustancia líquida condensada en el reactor principal a través de la entrada de líquido del reactor principal.
En una realización de la presente invención, la entrada de gas del condensador está conectada a la salida de gas del subreactor. El gas procedente de la cabeza del subreactor arrastrará una pequeña cantidad de óxido de alquileno y carbonato. El carbonato es fácil de cristalizar y precipitar a una temperatura por debajo de 40 °C, provocando el bloqueo de tuberías y válvulas. En la presente invención, el gas procedente de la cabeza del subreactor se condensa mediante el condensador y luego se descarga fuera desde un dispositivo de absorción de gas a través de un controlador de presión de gas, y la temperatura de condensación es no inferior a 40 °C.
Según una realización de la presente invención, el sistema de reacción comprende además una unidad de separación, que está conectada a la salida de descarga del subreactor.
En una realización de la presente invención, la unidad de separación incluye:
un dispositivo de expansión instantánea, cuya entrada de alimentación está conectada a la salida de descarga del subreactor;
una columna de retirada de componentes ligeros, cuya entrada de alimentación está conectada a la salida de descarga del dispositivo de expansión instantánea;
una columna de retirada de componentes pesados, cuya entrada de alimentación está conectada a la salida de descarga de la columna de retirada de componentes ligeros;
una columna discontinua, cuya entrada de alimentación está conectada a las salidas de líquido de la columna de retirada de componentes ligeros y la columna de retirada de componentes pesados.
En una realización de la presente invención, el dispositivo de expansión instantánea puede adoptar dispositivos de expansión instantánea convencionales en la técnica, que se seleccionan preferiblemente de un tambor de expansión instantánea, una columna de expansión instantánea, y un evaporador de película, y se hacen funcionar de manera continua a una presión atmosférica o presión negativa. El dispositivo de expansión instantánea está dotado preferiblemente de calentamiento mediante una tubería de serpentín o camisa, y la temperatura de calentamiento es de 110-160 °C.
En una realización de la presente invención, la columna de retirada de componentes ligeros, la columna de retirada de componentes pesados, y la columna discontinua pueden adoptar todas columnas de retirada de componentes ligeros, columnas de retirada de componentes pesados, y columnas discontinuas convencionales en la técnica. En una realización de la presente invención, la columna de retirada de componentes ligeros puede adoptar columnas de retirada de componentes ligeros convencionales en la técnica, su presión de funcionamiento es de 0-5 kPa, la temperatura de fondo de columna es inferior a 160 °C, preferiblemente inferior a 150 °C, y se hace funcionar de manera continua.
En una realización de la presente invención, la columna de retirada de componentes pesados puede adoptar columnas de retirada de componentes pesados convencionales en la técnica, su presión de funcionamiento es de 0-5 kPa, la temperatura de fondo de columna es inferior a 160 °C, preferiblemente inferior a 150 °C, y se hace funcionar de manera continua. En una realización de la presente invención, el producto puede extraerse desde la línea lateral de la columna de retirada de componentes pesados, según se requiera.
En una realización de la presente invención, los componentes ligeros obtenidos desde la columna de retirada de componentes ligeros y la columna de retirada de componentes pesados, y el líquido de fondo de columna de la columna de retirada de componentes pesados respectivamente entran en la columna discontinua para separación adicional, los componentes ligeros se obtienen desde la cabeza de la columna, y los componentes pesados se obtienen desde el fondo de la columna. La columna discontinua puede adoptar columnas discontinuas convencionales en la técnica, su presión de funcionamiento es de 0-5 kPa, la temperatura de fondo de columna es inferior a 160 °C, preferiblemente inferior a 150 °C, y se hace funcionar de una manera discontinua.
La forma de la estructura y la selección del material de relleno de la unidad de separación anterior se diseñan con la premisa de que la caída de presión del sistema de separación es la más pequeña y la temperatura del fondo de la columna es la más baja.
Por otro lado, la presente invención proporciona un procedimiento para sintetizar carbonato, que usa el sistema de reacción mencionado anteriormente de la presente invención, y comprende las etapas:
se enfría la corriente líquida que contiene carbonato mediante un enfriador y luego se divide en una primera corriente y una segunda corriente;
se permite que la primera corriente como corriente de recirculación entre en la entrada de alimentación del reactor de lecho burbujeante de gas-líquido (también conocido el reactor principal en la presente invención) sucesivamente a través de una bomba de circulación, un mezclador, y un aparato de disolución;
se añade óxido de alquileno en el mezclador para mezclarse con la corriente de recirculación;
se añade un primer gas de dióxido de carbono en el aparato de disolución para mezclar con la corriente de recirculación;
se permite que un segundo gas de dióxido de carbono entre en el distribuidor de gas del reactor de lecho burbujeante de gas-líquido;
se mezclan el segundo gas de dióxido de carbono que se mueve hacia arriba y una corriente en fase líquida que se mueve hacia abajo y se hacen reaccionar en presencia de un catalizador para obtener una corriente líquida que contiene carbonato,
se permite que la segunda corriente entre en el subreactor para continuar la reacción y producir carbonato.
En una realización de la presente invención, el procedimiento para sintetizar carbonato comprende además las etapas: se permiten que sustancias gaseosas procedentes del reactor principal y el subreactor entren en un condensador para llevar a cabo la separación gas-líquido, y el líquido obtenido se devuelve al reactor principal a través de una entrada de líquido.
En una realización de la presente invención, no se hacen pasar dióxido de carbono y óxido de alquileno nuevos (adicionales) como materias primas a través del subreactor. En una realización de la presente invención, la retirada de calor se realiza preferiblemente con camisa y/o tubería de serpentín, y el producto de reacción del subreactor es un producto de carbonato en bruto que no comprende un catalizador.
En la presente invención, en el caso del sistema de reacción mencionado anteriormente de la presente invención se usa para llevar a cabo el procedimiento de sintetizar carbonato, basándose en la masa total de dióxido de carbono introducido en el reactor principal, la razón de reparto del primer gas de dióxido de carbono con respecto al segundo gas de dióxido de carbono es de (1-50):(50-99), preferiblemente (10-50):(50-90).
En el procedimiento mencionado anteriormente para sintetizar carbonato usando el sistema de reacción de la presente invención, la corriente de recirculación se refiere a una corriente procedente del reactor principal, que contiene el disolvente de reacción, las materias primas de reacción, el producto intermedio de reacción, el producto de reacción (que puede ser el disolvente de reacción), y similares. En la presente invención, cuando la corriente de reactante se hace circular fuera del reactor principal, la composición de la corriente de recirculación cambia debido al cambio en la temperatura y la introducción de óxido de alquileno y dióxido de carbono como reactantes. La composición de la corriente de recirculación no pretende limitarse en la presente invención.
En el procedimiento mencionado anteriormente para sintetizar carbonato usando el sistema de reacción de la presente invención, puede usarse óxido de etileno, óxido de 1,2-propileno, óxido de 1,3-propileno, óxido de butileno y similares como óxido de alquileno, pero el óxido de alquileno no se limita al mismo.
En una realización de la presente invención, en el procedimiento mencionado anteriormente para sintetizar carbonato, el catalizador usado en el reactor principal es heterogéneo, y la razón de la densidad del catalizador con respecto a la densidad del reactante (una mezcla líquida de óxido de alquileno y carbonato) es de 0,3-2, preferiblemente 0,5-1,5. Como la clase de catalizador, pueden usarse aquellos usados convencionalmente en la técnica, tal como catalizadores a base de resina
La densidad del catalizador es cercana a la densidad de los reactantes, y el catalizador está en un estado suspendido durante el mezclado de gas-líquido y la reacción, lo que es beneficioso para la distribución del gas en el reactor; si la densidad del catalizador es demasiado alta, el catalizador envolverá el distribuidor de gas, y el efecto de la reacción catalítica es deficiente.
En una realización de la presente invención, el procedimiento comprende además que se permite que el producto de carbonato en bruto obtenido desde el subreactor entre en una unidad de separación, y comprende las etapas: se permite que el producto de carbonato en bruto entre en un dispositivo de expansión instantánea para tratamiento para obtener una corriente líquida y un gas, y se emite el gas;
se permite que la corriente líquida obtenida desde el dispositivo de expansión instantánea entre en una columna de retirada de componentes ligeros para tratamiento para obtener un componente ligero de cabeza de la columna y un líquido de fondo;
se permite que el líquido de fondo obtenido desde la columna de retirada de componentes ligeros entre en una columna de retirada de componentes pesados para tratamiento para producir un componente ligero de cabeza de la columna, un carbonato de calidad electrónica, un carbonato de alta calidad, y una mezcla de carbonato y componente pesado, o para producir un componente ligero, un carbonato de calidad electrónica, y una mezcla de carbonato y componente pesado;
se permite que los componentes ligeros obtenidos desde la columna de retirada de componentes ligeros y la columna de retirada de componentes pesados y el líquido de fondo obtenido desde la columna de retirada de componentes pesados entren en una columna discontinua para producir un componente ligero, un carbonato de alta calidad, un carbonato de calidad electrónica, y un componente pesado.
En una realización de la presente invención, el dispositivo de expansión instantánea puede adoptar dispositivos de expansión instantánea convencionales en la técnica, que se seleccionan preferiblemente de un tambor de expansión instantánea, una columna de expansión instantánea, y un evaporador de película, y se hacen funcionar de manera continua a una presión atmosférica o presión negativa. El dispositivo de expansión instantánea está dotado preferiblemente de calentamiento mediante una tubería de serpentín o camisa, y la temperatura de calentamiento es de 110-160 °C.
En una realización de la presente invención, la columna de retirada de componentes ligeros puede adoptar columnas de retirada de componentes ligeros convencionales en la técnica, su presión de funcionamiento es de 0-5 kPa, la temperatura de fondo de columna es inferior a 160 °C, preferiblemente inferior a 150 °C, y se hace funcionar de manera continua; su componente ligero de cabeza de la columna incluye dioles y homólogos de los mismos.
En una realización de la presente invención, la columna de retirada de componentes pesados puede adoptar columnas de retirada de componentes pesados convencionales en la técnica, su presión de funcionamiento es de 0-5 kPa, la temperatura de fondo de columna es inferior a 160 °C, preferiblemente inferior a 150 °C, y se hace funcionar de manera continua; su componente ligero de cabeza de la columna incluye dioles y carbonatos; un carbonato de calidad electrónica se extrae desde la línea lateral por encima de la posición de alimentación, un carbonato de alta calidad se extrae desde la línea lateral por debajo de la posición de alimentación, un componente pesado se extrae desde el fondo de la columna, o una mezcla de carbonato y componente pesado se extrae directamente desde el fondo de la columna.
En una realización de la presente invención, los componentes ligeros obtenidos desde la columna de retirada de componentes ligeros y la columna de retirada de componentes pesados, y el líquido de fondo de columna de la columna de retirada de componentes pesados respectivamente entran en la columna discontinua para una separación adicional, los componentes ligeros, el carbonato de alta calidad, y el carbonato de calidad electrónica se obtienen desde la cabeza de la columna, y los componentes pesados se obtienen desde el fondo de la columna. La columna discontinua puede adoptar columnas discontinuas convencionales en la técnica, su presión de funcionamiento es de 0-5 kPa, la temperatura de fondo de columna es inferior a 160 °C, preferiblemente inferior a 150 °C, y se hace funcionar de una manera discontinua.
La forma de la estructura y la selección del material de relleno de la unidad de separación anterior se diseñan con la premisa de que la caída de presión del sistema de separación es la más pequeña y la temperatura del fondo de la columna es la más baja.
Más específicamente, el flujo de procedimiento del sistema para sintetizar carbonato de la presente invención se describe de la siguiente manera:
se mide la materia prima óxido de alquileno en cuanto al caudal y se mezcla con la corriente de recirculación del reactor principal seguido de entrar en el distribuidor de líquido del reactor principal; se controla una parte de materia prima dióxido de carbono en cuanto al caudal y se disuelve en la corriente de recirculación del reactor principal, se controla otra parte en cuanto al caudal y se envía al distribuidor de gas del reactor principal, se retira el calor de reacción del reactor principal por medio del enfriamiento por circulación externa, se envía el producto de reacción al subreactor por rebosamiento para continuar la reacción, en el que los espacios de fase gaseosa del reactor principal y el subreactor están comunicados, se condensa el producto en fase gaseosa mediante el condensador y se descarga a través del control de presión de fase gaseosa, y se somete el condensado a reflujo en el reactor principal; se envía el producto de reacción del subreactor a un sistema de separación posterior, en el que el producto de reacción se hace pasar en primer lugar a través de un tanque de expansión instantánea, se envía el gas no condensable resultante para procesarse, y se envía la fase líquida resultante a una columna de retirada de componentes ligeros, mediante lo cual se obtiene un componente pesado, y se envía el componente pesado a una columna de retirada de componentes pesados desde el fondo o la línea lateral de la columna de retirada de componentes ligeros para la separación adicional; se obtiene una mezcla del carbonato de alta calidad y el componente pesado desde el fondo de la columna de retirada de componentes pesados, o se obtiene el carbonato de alta calidad por debajo de la posición de alimentación de la columna de retirada de componentes pesados, se obtiene una mezcla de carbonato y el componente pesado desde el fondo de la columna, se obtiene un producto de carbonato de calidad electrónica útil para la batería de litio de potencia desde la línea lateral; se envían los componentes ligeros obtenidos desde la columna de retirada de componentes ligeros y la columna de retirada de componentes pesados y el líquido de fondo de columna obtenido desde la columna de retirada de componentes pesados a la columna discontinua para un tratamiento adicional, se envía el gas no condensable de la cabeza de la columna para procesarse, y pueden obtenerse adicionalmente los productos tales como carbonato de alta calidad y carbonato de calidad electrónica desde la cabeza de la columna o mediante corte de líquido desde la línea lateral.
Según el procedimiento de la presente invención, el rendimiento del producto de carbonato de calidad electrónica obtenido es no inferior al 70 %, más preferiblemente no inferior al 85 %. Con el procedimiento de la presente invención, los problemas de la baja tasa de conversión, el atrapamiento de gas de la bomba de circulación, el funcionamiento inestable, el bajo rendimiento de productos de calidad electrónica, y similares se resuelven de manera intencionada en el procedimiento de síntesis de carbonato, y la presente invención puede aplicarse a la producción industrial relacionada.
Ejemplos
La presente invención se describirá adicionalmente a continuación a través de ejemplos, pero la presente invención no se limita a estos ejemplos.
Ejemplo 1
Se midieron 100 kg/h de óxido de etileno en cuanto a caudal, se mezclaron con una corriente de recirculación del reactor principal, y luego se enviaron al reactor principal; se controló la materia prima dióxido de carbono en cuanto al caudal, 5 kg/h del cual se disolvió en la corriente de recirculación del reactor principal y 115 kg/h del cual se envió al distribuidor de gas del reactor principal, el distribuidor de gas adoptó un distribuidor tubular; la presión del reactor principal fue de 1,5 MPa, la temperatura fue de 100 °C, la velocidad de circulación fue de 3000 kg/h, la elevación de temperatura del reactor fue de 40 °C, se envió el producto de reacción al subreactor por rebosamiento para continuar la reacción, las condiciones de funcionamiento del subreactor eran idénticas a las del reactor principal, la elevación de temperatura fue inferior a 10 °C, los espacios de fase gaseosa del reactor principal y el subreactor estaban comunicados, se condensó el producto en fase gaseosa a 45 °C mediante un condensador externo y se descargó a través del control de presión de fase gaseosa, y se sometió a reflujo el condensado en el reactor principal. La tasa de conversión de EO del reactor principal fue >85 %.
El producto de reacción del subreactor contenía el 99 % de carbonato de etileno, el 0,5 % de etilenglicol, el 0,3 % de dietilenglicol, y el 0,2 % de otros homólogos. Se envió el producto a un sistema de separación posterior. En primer lugar, se envió el producto a una columna de expansión instantánea. La columna de expansión instantánea adoptó un material de relleno, el tipo de material de relleno fue BX500, y la altura de material de relleno fue de 3 m. Se hizo funcionar la columna de expansión instantánea a presión normal y se calentó mediante vapor. Se controló la temperatura de fondo de columna a 160 °C. Después de la separación por expansión instantánea, se envió el gas no condensable resultante para procesarse, y se envió la fase líquida resultante a una columna de retirada de componentes ligeros. La presión de funcionamiento para la columna de retirada de componentes ligeros fue de 5 kPa, y se controló la temperatura de fondo de columna a 160 °C. Se envió el líquido de fondo de columna de la columna de retirada de componentes ligeros a la columna de retirada de componentes pesados para una separación adicional. La presión de funcionamiento para la columna de retirada de componentes pesados fue de 5 kPa, y se controló la temperatura de fondo de columna a 160 °C. Se obtuvo un carbonato de etileno de alta calidad desde el fondo de la columna de la columna de retirada de componentes pesados. Se separó por corte un producto de carbonato de etileno de calidad electrónica útil para la batería de litio de potencia desde la línea lateral sola. Se enviaron los componentes ligeros obtenidos desde la columna de retirada de componentes ligeros y la columna de retirada de componentes pesados y el líquido de fondo de columna obtenido desde la columna de retirada de componentes pesados a una columna discontinua para un tratamiento adicional. La presión de funcionamiento para la columna discontinua fue de 5 kPa, y se controló la temperatura de fondo de columna a 160 °C. Se envió el gas no condensable de la cabeza de la columna para procesarse, y pudieron obtenerse adicionalmente los productos tales como carbonato de etileno de alta calidad y carbonato de etileno de calidad electrónica desde la cabeza de la columna o el líquido de la línea lateral. Los tipos de material de relleno para la columna de retirada de componentes ligeros, la columna de retirada de componentes pesados, y la columna discontinua fueron BX500, y las alturas de material de relleno fueron de 12 m.
Mediante la separación anterior, el producto de calidad electrónica tenía un rendimiento de >70 %, una pureza de >99,99 %, y una cromaticidad de <10; y el producto de alta calidad tenía un rendimiento de >25 %, una pureza de >99,95 %, y una cromaticidad de <20.
Ejemplo 2
Este ejemplo era idéntico al ejemplo 1, excepto porque se controló la materia prima dióxido de carbono en cuanto al caudal, 20 kg/h del cual se disolvieron en la corriente de recirculación del reactor principal y 115 kg/h del cual se enviaron al distribuidor de gas del reactor principal. La elevación de temperatura del subreactor es de <6 °C. La tasa de conversión de EO del reactor principal fue de >87 %, y el contenido de carbonato de etileno en el producto de reacción del subreactor fue de >95 %.
Mediante el procedimiento de separación, el producto de calidad electrónica tenía un rendimiento de >70 %, una pureza de >99,99 %, y una cromaticidad de <10; y el producto de alta calidad tenía un rendimiento de >25 %, una pureza de >99,95 %, y una cromaticidad de <20.
Ejemplo 3
Este ejemplo era idéntico al ejemplo 1, excepto porque la presión del reactor principal fue de 2,0 MPa, la temperatura fue de 80 °C, la velocidad de circulación fue de 4000 kg/h, y la elevación de temperatura del reactor fue de 25 °C. La tasa de conversión de EO del reactor principal fue de >90 %, y el contenido de carbonato de etileno en el producto de reacción del subreactor fue de >95 %.
Mediante el procedimiento de separación, el producto de calidad electrónica tenía un rendimiento de >70 %, una pureza de >99,99 %, y una cromaticidad de <10; y el producto de alta calidad tenía un rendimiento de >25 %, una pureza de >99,95 %, y una cromaticidad de <20.
Ejemplo 4
Este ejemplo era idéntico al ejemplo 1, excepto porque la presión de funcionamiento de la columna discontinua fue de 1 kPa, la temperatura de fondo de columna fue de <155 °C, el tipo de material de relleno fue CY900, la altura de material de relleno fue de 12 m, se descargó el componente ligero de cabeza de la columna y se recogió, la línea lateral y/o el fondo de la columna se devolvieron a la columna de retirada de componentes ligeros.
Mediante el procedimiento de separación, el producto de calidad electrónica tenía un rendimiento de >70 %, una pureza de >99,99 %, y una cromaticidad de <10; y el producto de alta calidad tenía un rendimiento de >28 %, una pureza de >99,95 %, y una cromaticidad de <20.
Ejemplo 5
Este ejemplo era idéntico al ejemplo 1, excepto porque el dispositivo de expansión instantánea fue un tambor de expansión instantánea, la presión de funcionamiento fue de 10 kPa, se controló la temperatura a 120 °C; la columna de retirada de componentes ligeros y la columna discontinua: la presión de funcionamiento 3 kPa, las temperaturas de fondo de columna <155 °C, los tipos de material de relleno CY700, las alturas de material de relleno 15 m; los condensadores de las columnas de rectificación mencionadas anteriormente se colocaron internamente en la cabeza de la columnas de las columnas de rectificación, los fondos de las columnas adoptaron evaporadores de película, y se aplicó la circularidad.
Mediante la separación anterior, el producto de calidad electrónica tenía un rendimiento de >75 %, una pureza de >99,99 %, y una cromaticidad de <10; y el producto de alta calidad tenía un rendimiento de >23 %, una pureza de >99,95 %, y una cromaticidad de <20.
Ejemplo 6
Este ejemplo era idéntico al ejemplo 1, excepto porque se controló la materia prima dióxido de carbono en cuanto al caudal, 15 kg/h del cual se disolvieron en la corriente de recirculación del reactor principal y 100 kg/h del cual se enviaron al distribuidor de gas del reactor principal. La presión del reactor principal fue de 2,0 MPa, la temperatura fue de 80 °C, la velocidad de circulación fue de 5000 kg/h, y la elevación de temperatura del reactor fue de 15 °C. La tasa de conversión de EO del reactor principal fue de >95 % y el contenido de carbonato de etileno en el producto de reacción del subreactor fue de >99,5 %.
Columna de expansión instantánea, la presión de funcionamiento: 0,5 kPa, la temperatura de fondo de columna: <150 °C, el tipo de material de relleno: BX500, y la altura de material de relleno: 4 m;
Columna de retirada de componentes ligeros, la presión de funcionamiento: 0,5 kPa, la temperatura de fondo de columna: <150 °C, el tipo de material de relleno: CY900, y la altura de material de relleno: 18 m;
Columna de retirada de componentes pesados, la presión de funcionamiento: 0,5 kPa, la temperatura de fondo de columna: <150 °C, el tipo de material de relleno: CY900, y la altura de material de relleno: 18 m;
Columna discontinua, la presión de funcionamiento: 0,5 kPa, la temperatura de fondo de columna: <150 °C, el tipo de material de relleno: CY900, y la altura de material de relleno: 10 m, se separó por corte el componente ligero, y se devolvió el carbonato de etileno concentrado a la columna de retirada de componentes ligeros.
Los condensadores de las columnas de rectificación mencionadas anteriormente se colocaron todos internamente en las cabezas de las columnas de las columnas de rectificación, los fondos de las columnas adoptaron evaporadores de película, y se aplicó la circularidad.
Mediante la separación anterior, el producto de calidad electrónica tenía un rendimiento de >85 %, una pureza de >99,99 %, y una cromaticidad de <10; y el producto de alta calidad tenía un rendimiento de >13 %, una pureza de >99,95 %, y una cromaticidad de <20.
Ejemplo 7
Este ejemplo era idéntico al ejemplo 1, excepto porque las materias primas fueron óxido de propileno y dióxido de carbono, que se hicieron reaccionar para generar carbonato de propileno. La tasa de conversión de PO del reactor principal fue de >85 %, y el contenido de carbonato de propileno en el producto de reacción del subreactor fue de >95 %.
El dispositivo de expansión instantánea fue un tambor de expansión instantánea, la presión de funcionamiento fue de 10 kPa, y se controló la temperatura a 120 °C; la columna de retirada de componentes ligeros y la columna discontinua: la presión de funcionamiento 1 kPa, las temperaturas de fondo de columna <160 °C, los tipos de material de relleno CY700, las alturas de material de relleno 20 m; los condensadores de las columnas de rectificación mencionadas anteriormente se colocaron todos internamente en las cabezas de las columnas de las columnas de rectificación, los fondos de las columnas adoptaron evaporadores de película, y se aplicó la circularidad.
Mediante la separación anterior, el producto de calidad electrónica tenía un rendimiento de >70 %, una pureza de >99,99 %, y una cromaticidad de <10; y el producto de alta calidad tenía un rendimiento de >25 %, una pureza de >99,5 %, y una cromaticidad de <30.
Ejemplo 8
Este ejemplo era idéntico al ejemplo 1, excepto porque se introdujo dióxido de carbono con un mezclador, mediante el cual se controló el caudal a 84 kg/h (es decir, el 70 %), y con un distribuidor de gas, mediante el cual se controló el caudal a 36 kg/h (es decir, el 30 %). La conversión de EO del reactor principal disminuyó debido a la disolución reducida del dióxido de carbono en el reactor principal. La tasa de conversión de EO del reactor principal fue de >80 %, y la elevación de temperatura del subreactor fue de 10 °C.
Ejemplo comparativo 1
Este ejemplo era idéntico al ejemplo 1, excepto porque no se introdujo dióxido de carbono a través del mezclador, sino que todo el dióxido de carbono se hizo pasar a través de la entrada de gas del reactor y se introdujo en el reactor principal a través del distribuidor de gas, y la tasa de conversión de EO del reactor principal se redujo en un 3 %. La elevación de temperatura del subreactor fue de 10 °C.
Cualquier referencia a cualquier valor numérico en esta memoria descriptiva incluye todos los valores en incrementos de una unidad desde el valor más bajo al valor más alto siempre que haya un espacio para al menos dos unidades entre cualquier valor más bajo y cualquier valor más alto. Por ejemplo, si se estableció una cantidad de un componente, o una variable de procedimiento tal como temperatura, presión, tiempo, etc. tiene un valor de 50-90, en esta memoria descriptiva significa que los valores numéricos tales como 51-89, 52-88... y 69-71 y 70-71 se enumeraron específicamente. Para valores no enteros, 0,1, 0,01, 0,001 ó 0,0001 pueden considerarse como una unidad, según sea apropiado. Estos son sólo algunos ejemplos especialmente especificados. En esta solicitud, de manera similar, se consideró que se habían divulgado todas las combinaciones posibles de valores numéricos entre los valores enumerados más bajos y más altos.
Cabe señalar que las realizaciones mencionadas anteriormente sólo se usan para explicar la presente invención, y no constituyen ninguna limitación a la presente invención. La presente invención se ha descrito con referencia a realizaciones a modo de ejemplo, pero debe entenderse que las expresiones usadas en la misma son expresiones de descripción y explicación, en lugar de expresiones de limitación. La presente invención puede modificarse dentro del alcance de las reivindicaciones de la presente invención.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de reacción, que comprende:
un reactor (I) de lecho burbujeante de gas-líquido, que comprende
un distribuidor de líquido,
un distribuidor de gas ubicado por debajo del distribuidor de líquido,
una capa de lecho de catalizador y una placa de soporte de catalizador, y
una rejilla de interceptación opcional,
una bomba (II) de circulación, que está ubicada entre la salida de descarga y la entrada de alimentación del reactor (I),
un mezclador (III), que está ubicado entre la bomba (II) de circulación y la entrada de alimentación del reactor (I), y está dotado de una entrada de reactantes,
un aparato (IV) de disolución, que está ubicado entre el mezclador (III) y la entrada de alimentación del reactor (I), y está dotado de una entrada de gas de reacción,
en el que
la cabeza del reactor (I) está dotada de una salida de gas, el reactor (I) está dotado de una entrada de alimentación conectada al distribuidor de líquido, una entrada de gas conectada al distribuidor de gas, el fondo está dotado de una salida de descarga, preferiblemente el lecho de catalizador se carga con un catalizador heterogéneo, y
la bomba (II) de circulación, el mezclador (III), y el aparato (IV) de disolución están conectados sucesivamente mediante tuberías.
2. Sistema de reacción según la reivindicación 1, en el que el distribuidor de líquido está ubicado en la parte superior del reactor (I), el distribuidor de gas está ubicado en la parte intermedia o inferior del reactor (I), y la rejilla de interceptación está ubicada por encima del lecho de catalizador, preferiblemente el distribuidor de gas es un distribuidor tubular.
3. Sistema de reacción según la reivindicación 1 ó 2, que comprende además: un enfriador (VI) ubicado en la tubería de la corriente de recirculación desde la salida de descarga hasta la entrada de alimentación del reactor (I), el enfriador (VI) está ubicado preferiblemente en la tubería entre la salida de descarga del reactor (I) y la bomba (II) de circulación.
4. Sistema de reacción según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, que comprende además: un condensador (V), que está conectado a la salida de gas del reactor (I), preferiblemente una entrada de gas del condensador (V) está conectada a la salida de gas del reactor (I), y una salida de líquido del condensador (V) está conectada a una entrada de líquido del reactor (I).
5. Sistema de reacción según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que comprende además: un subreactor (VII), la entrada de alimentación del subreactor (VII) está conectada a la salida de descarga del reactor (I) de lecho burbujeante de gas-líquido, preferiblemente el subreactor (VII) es un reactor de lecho fijo, preferiblemente el espacio gaseoso del reactor (I) de lecho burbujeante de gas-líquido está comunicado con el espacio gaseoso del subreactor (VII), preferiblemente comprende además una unidad (XII) de separación, que está conectada a la salida de descarga del subreactor (VII).
6. Sistema de reacción según la reivindicación 5, en el que la cabeza del subreactor (VII) está dotada de una salida de gas, el fondo está dotado de una salida de descarga, y la salida de gas está conectada al condensador (V), preferiblemente el subreactor (VII) no está dotado de una entrada de gas de reacción, preferiblemente, la entrada de alimentación del subreactor (VII) está conectada a una posición entre la salida de descarga del reactor (I) de lecho burbujeante y la bomba (II) de circulación a través de una tubería de conexión, más preferiblemente, conectada a una posición entre el enfriador (VI) del reactor (I) de lecho burbujeante y la bomba (II) de circulación, preferiblemente la posición de la entrada de alimentación del subreactor (VII) no está por debajo de la altura de llenado de la capa de lecho de catalizador del reactor (I) de lecho burbujeante de gas-líquido, y no está por encima de la altura del distribuidor de líquido del reactor (I) de lecho burbujeante de gas-líquido.
7. Sistema de reacción según la reivindicación 5, en el que la unidad (XII) de separación comprende: un dispositivo (VIII) de expansión instantánea, cuya entrada de alimentación está conectada a la salida de descarga del subreactor (VII); una columna (IX) de retirada de componentes ligeros, cuya entrada de alimentación está conectada a la salida de descarga del dispositivo (VIII) de expansión instantánea; una columna (X) de retirada de componentes pesados, cuya entrada de alimentación está conectada a la salida de descarga de la columna (IX) de retirada de componentes ligeros; y una columna (XI) discontinua, cuya entrada de alimentación está conectada a salidas de líquido de la columna (IX) de retirada de componentes ligeros y la columna (X) de retirada de componentes pesados.
8. Procedimiento para sintetizar carbonato, que usa el sistema de reacción según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, y comprende las etapas de:
mezclar óxido (2) de alquileno y un primer gas (1) de dióxido de carbono con una corriente (6) de recirculación procedente del reactor (I), y enviar la mezcla (3, 5) resultante a un distribuidor de líquido del reactor (I) a través de la entrada de alimentación;
enviar un segundo gas (4) de dióxido de carbono a un distribuidor de gas del reactor (I) a través de una entrada de gas;
mezclar el segundo gas de dióxido de carbono que se mueve hacia arriba con una corriente que se mueve hacia abajo para hacer reaccionar en presencia de un catalizador y obtener una corriente líquida que contiene carbonato, preferiblemente el catalizador es un catalizador heterogéneo.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la corriente (6) de recirculación que sale de una salida de descarga del reactor (I) fluye a través de un enfriador (VI) y una bomba (II) de circulación, luego se mezcla en un mezclador (III) con óxido (2) de alquileno introducido desde una entrada del mezclador (III), y luego se mezcla en un aparato (IV) de disolución con el primer dióxido (1) de carbono introducido desde una entrada del aparato (IV) de disolución, y luego entra en el distribuidor de líquido del reactor (I) a través de una entrada de alimentación.
10. Procedimiento para sintetizar carbonato según la reivindicación 8 ó 9, en el que se permite que una sustancia gaseosa procedente del reactor (I) entre a un condensador (V) para llevar a cabo la separación gas-líquido, y el líquido (10) obtenido se devuelve al reactor (I) de lecho burbujeante de gas-líquido a través de una entrada de líquido.
11. Procedimiento para sintetizar carbonato, que usa el sistema de reacción según cualquiera de las reivindicaciones 5-7, y comprende las etapas:
se enfría la corriente líquida que contiene carbonato mediante un enfriador (VI) y luego se divide en una primera corriente (6) y una segunda corriente (7);
se permite que la primera corriente (6) como corriente de recirculación entre en la entrada de alimentación del reactor (I) de lecho burbujeante de gas-líquido sucesivamente a través de una bomba (II) de circulación, un mezclador (III), y un aparato (IV) de disolución;
se introduce óxido (2) de alquileno en el mezclador (III) para mezclarse con la corriente (6) de recirculación; se introduce un primer gas (1) de dióxido de carbono en el aparato (IV) de disolución para mezclarse con la corriente (3) de recirculación;
se permite que un segundo gas (4) de dióxido de carbono entre en un distribuidor de gas del reactor (I) de lecho burbujeante de gas-líquido;
se mezclan el segundo gas de dióxido de carbono que se mueve hacia arriba y una corriente en fase líquida que se mueve hacia abajo y se hacen reaccionar en presencia de un catalizador para obtener una corriente líquida que contiene carbonato, preferiblemente el catalizador es un catalizador heterogéneo;
se permite que la segunda corriente (7) entre en el subreactor (VII) para continuar la reacción y producir carbonato.
12. Procedimiento para sintetizar carbonato según la reivindicación 11, en el que se permite que sustancias gaseosas procedentes del reactor (I) de lecho burbujeante de gas-líquido y el subreactor entren en un condensador (V) para llevar a cabo la separación gas-líquido, y el líquido (10) obtenido se devuelve al reactor (I) de lecho burbujeante de gas-líquido a través de una entrada de líquido.
13. Procedimiento según la reivindicación 8 u 11, en el que basándose en la masa total de dióxido (1, 4) de carbono introducido en el reactor (I) de lecho burbujeante de gas-líquido, la razón de reparto del primer gas (1) de dióxido de carbono con respecto al segundo gas (4) de dióxido de carbono es de (1-50):(50-99), preferiblemente (10-50):(50-90),
preferiblemente la razón de la densidad del catalizador con respecto a la densidad de los reactantes (una mezcla de óxido de alquileno y carbonato) es de 0,3-2, preferiblemente 0,5-1,5, la razón molar de dióxido (1, 4) de carbono y óxido (2) de alquileno es de 1:1-10:1, preferiblemente 1:1 -2:1; la presión de reacción es de 1-10 MPa, y la temperatura de reacción es de 80-300 °C.
Procedimiento según la reivindicación 11, en el que el procedimiento comprende además que se permite que el producto (8) de carbonato obtenido desde el subreactor (VII) entre en una unidad (XII) de separación, y comprende las etapas:
se permite que el producto (8) de carbonato en bruto entre en un dispositivo (VIII) de expansión instantánea para tratamiento para obtener una corriente (11) líquida y un gas (19);
se permite que la corriente (11) líquida obtenida desde el dispositivo (VIII) de expansión instantánea entre en una columna (IX) de retirada de componentes ligeros para tratamiento para obtener un componente (12) ligero y un líquido (13) de fondo;
se permite que el líquido (13) de fondo obtenido desde la columna (IX) de retirada de componentes ligeros entre en una columna (X) de retirada de componentes pesados para tratamiento para producir un componente (14) ligero, un carbonato (16) de calidad electrónica, un carbonato de alta calidad, y una mezcla de carbonato y componente (15) pesado, o para producir un componente (14) ligero, un carbonato (16) de calidad electrónica, y una mezcla de carbonato y componente (15) pesado;
se permite que los componentes (12, 14) ligeros obtenidos desde la columna de retirada de componentes ligeros y la columna de retirada de componentes pesados y el líquido de fondo obtenido desde la columna de retirada de componentes pesados entren en una columna (XI) discontinua para producir un componente (17) ligero, un carbonato (17) de alta calidad, un carbonato (17) de calidad electrónica, y un componente (18) pesado.
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