CN110078685B

CN110078685B - 一种连续反应制备环氧化合物的装置及方法

Info

Publication number: CN110078685B
Application number: CN201910470725.XA
Authority: CN
Inventors: 王利国; 陈家强; 李会泉; 贺鹏; 曹妍; 徐爽
Original assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2019-04-19
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2039-05-31
Also published as: CN110078685A

Abstract

本发明提供了一种连续反应制备环氧化合物的装置及方法，所述装置包括反应分离单元、产物收集单元、真空控制单元和回收单元，所述反应分离单元的上部出口与产物收集单元相连，所述产物收集单元与真空控制单元相连，所述反应分离单元的下部出口与回收单元相连，所述回收单元的出口与反应分离单元的进口相连。本发明所述装置中反应器与分离器组合搭配对反应效率有重要作用，形成一套连续化的非均相催化环状碳酸酯制备环氧化合物的装置，适用于各种环氧化合物的合成，条件比较温和，危险系数小；所述方法效率高，同时环氧化合物的收率及选择性高。

Description

一种连续反应制备环氧化合物的装置及方法

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，涉及一种连续反应制备环氧化合物的装置及方法。

背景技术

环氧化合物是一类具有三元环醚结构的化合物，其中最简单的化合物是环氧乙烷。同环丙烷一样，环氧化合物的环张力很大，其张力能为114.1kJ/mol，具有比较强的化学活性，能与很多种化合物进行反应。环氧化合物的代表物质有环氧乙烷、环氧丙烷、1，2-环氧丁烷、2，3-环氧丁烷、1，2-环氧戊烷、2，3-环氧戊烷等。环氧化合物的市场需求量大，是一类重要的有机化工产品，然而，目前只有环氧乙烷、环氧丙烷等简单环氧化合物的制备技术较为成熟，其他大分子量的环氧化合物仍存在诸多困难。

目前，环氧化合物的生产路线主要有直接氧化法和间接氧化法。CN104650008A公开了一种由氧、氢直接氧化丙烯制备环氧丙烷的工艺及系统，将丙烯、循环丙烯、高沸点有机硫化物加入到甲醇和水合肼的混合溶剂中，通入氢气和氧气，生成环氧丙烷粗产品，粗产品依次经过粗分塔、丙烯汽提塔，剩余的环氧丙烷混合液进入含有异丙苯和碱性溶液的萃取纯化塔，进一步萃取精馏得到高纯度的环氧丙烷产品。CN 108947938A公开了一种制备环氧丙烷的方法，先将包含乙烷的物流置于氧化脱氢条件下来制备乙烯，再将所述包含乙烯和未转化的乙烷的物流置于氧化条件下来制备环氧乙烷，生成包含环氧乙烷、未转化的乙烯和乙烷的物流，再从该物流中回收分离环氧乙烷。然而，目前氧化法制备环氧化合物所需条件较为苛刻，容易爆炸，不合符安全生产要求，因此，研究者也有不断开发新的环氧化合物的制备方法。

热分解法是制备无机材料常用的一种方法，在有机物中的应用较少，根据环氧化合物可发生的反应，由其产物反向制备得到环氧化合物是一种值得研究的新方法，以解决现有方法中步骤繁琐、分离困难、安全性低的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种连续反应制备环氧化合物的装置及方法，本发明以环氧碳酸酯为原料，采用分解法制备环氧化合物，将反应和分离过程集合到反应分离单元内进行，既可提高产物收率，又可简化工艺流程；所述方法反应条件温和，可连续操作，适用于多种环氧化合物的制备。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种连续反应制备环氧化合物的装置，所述装置包括反应分离单元、产物收集单元、真空控制单元和回收单元，所述反应分离单元的上部出口与产物收集单元相连，所述产物收集单元与真空控制单元相连，所述反应分离单元的下部出口与回收单元相连，所述回收单元的出口与反应分离单元的进口相连。

本发明中，所述装置用于制备环氧化合物，根据反应物及反应类型，选择装置中各单元及其连接关系，将反应、分离集成到一个单元中，反应产物及时与反应物分离，有利于反应的正向进行，提高反应物的转化率，同时可减少装置数量，降低成本；为了进一步提高反应效率，避免原料浪费，所述装置构成循环连接，未反应原料返回再利用。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述反应分离单元包括反应器和分离器，所述反应器和分离器在同一设备内或属于不同设备。

优选地，所述反应器反应分离单元包括釜式反应器、膜反应器、塔式反应器或管式反应器中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：釜式反应器和膜反应器的组合，膜反应器和塔式反应器的组合，釜式反应器、塔式反应器和管式反应器的组合等。

优选地，所述分离器包括釜式蒸馏分离器、膜分离器、分离塔或闪蒸器中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：釜式蒸馏分离器和膜分离器的组合，膜分离器和分离塔的组合，膜分离器、分离塔和闪蒸器的组合等。

本发明中，反应分离单元由反应器和分离器集合而成，两者可以在同一设备内，此时只是反应和分离两种操作的区分，如釜式反应器中，再沸器、塔釜或者某一塔板上，上升的蒸汽已经是反应产物，如所述膜反应器和膜分离器、塔式反应器和分离塔相应的均可以为同一设备；两者也可以不在同一设备内，如管式反应器与闪蒸器的组合，闪蒸器能够快速将反应产物与反应物进行分离。反应器和分离器的搭配组合，与所选的反应器类型有关，对反应效率的高低有重要影响。

优选地，所述反应器内装填催化剂。

作为本发明优选的技术方案，所述釜式反应器包括内置环流反应釜、内置气体循环反应釜、内置催化剂固定器反应釜、内置挡板反应釜或外置强制循环系统的反应釜中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：内置环流反应釜和内置气体循环反应釜的组合，内置催化剂固定器反应釜和内置挡板反应釜的组合，内置环流反应釜、内置催化剂固定器反应釜和外置强制循环系统的反应釜的组合等。

其中，反应釜外置的强制循环系统包括外置换热器、外置管式反应器、精馏柱等功能性部件。

优选地，所述膜反应器包括降膜反应器、升膜反应器或刮膜反应器中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：降膜反应器和升膜反应器的组合，升膜反应器和刮膜反应器的组合，降膜反应器、升膜反应器和刮膜反应器的组合等。

优选地，所述塔式反应器包括填料塔、浮阀塔或筛板塔中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：填料塔和浮阀塔的组合，浮阀塔和筛板塔的组合，填料塔、浮阀塔和筛板塔的组合等。

优选地，所述管式反应器包括单管式反应器、多管式反应器、强制平推流管式反应器或强制返混管式反应器中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：单管式反应器和多管式反应器的组合，强制平推流管式反应器和强制返混管式反应器的组合，单管式反应器、多管式反应器和强制平推流管式反应器的组合等。

作为本发明优选的技术方案，所述装置还包括进料单元，所述进料单元的出口与反应分离单元相连。

优选地，所述进料单元与反应分离单元之间设有预热装置。

优选地，所述回收单元包括副产物采出装置和循环装置，所述反应分离单元的下部出口依次与副产物采出装置和循环装置相连，所述循环装置的出口与进料单元相连。

另一方面，本发明提供了一种采用上述装置制备环氧化合物的方法，所述方法包括：将包括环状碳酸酯的原料加热，发生热分解反应，通过真空控制单元调节压力，反应产物汽化后收集，未反应原料进行回收后再利用。

本发明中，环状碳酸酯作为反应原料，加热升温后分解为环氧化合物和二氧化碳，通过调节压力使环氧化合物汽化，即可将反应产物与原料分离，而环氧化合物和二氧化碳也容易分离；再通过将未反应原料与副产物分离后再次使用；本发明所述反应较为简单，副产物少，环氧化合物的收率较高。

作为本发明优选的技术方案，所述环状碳酸酯的结构通式为：

其中，R₁和R₂独立地为H、C原子数为1～10的烷基、C原子数为1～10的醇类、C原子数为1～10的酸类或C原子数为1～10的酯类中任意一种，例如C原子数可以为1、2、3、4、5、6、7、8、9或10中任意一个。

优选地，所述反应产物为环氧化合物，其结构通式为：

其中R₁和R₂独立地为H、C原子数为1～10的烷基、C原子数为1～10的醇类、C原子数为1～10的酸类或C原子数为1～10的酯类中任意一种，例如C原子数可以为1、2、3、4、5、6、7、8、9或10中任意一个。

本发明中，原料环状碳酸酯和产物环氧化合物的结构式中的R₁相同，反应原料中的R₁基团确定后，反应产物中的R₁则与其一致，上述表述同样适用于R₂基团；其中R₁、R₂种类的选择中醇类、酸类或酯类均独立地为含有相应官能团的基团。

作为本发明优选的技术方案，所述原料还包括溶剂。

优选地，所述溶剂包括烷烃、烷烃衍生物、苯、苯衍生物或离子液体中任意一种或至少两种的组合；其中，烷烃包括直链烷烃和/或环烷烃，烷烃衍生物包括卤代烷烃等，苯衍生物包括甲苯、二甲苯、氯苯、邻二氯苯、对二氯苯、一氯联苯、二苯基甲烷、对苯二甲酸二烷基酯或邻苯二甲酸二乙酯中任意一种或至少两种的组合，离子液体包括咪唑类离子液体、吡啶类离子液体或季铵盐类离子液体中任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述环状碳酸酯占原料的质量分数为2～100wt％，例如2wt％、5wt％、10wt％、20wt％、40wt％、50wt％、60wt％、80wt％或100wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为20～90wt％。

优选地，所述溶剂占原料的质量分数为0～98wt％，例如0wt％、10wt％、20wt％、40wt％、50wt％、60wt％、80wt％、90wt％或98wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为20～60wt％。

本发明中，原料环状碳酸酯和溶剂先在预混单元内混合预热，然后进入反应器发生反应。

作为本发明优选的技术方案，所述热分解反应的温度为50～350℃，例如50℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃或350℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为100～250℃。

优选地，所述热分解反应在反应分离单元内进行。

优选地，所述反应分离单元内装填催化剂。

优选地，所述催化剂包括碱土金属氧化物和/或过渡金属氧化物，其中碱土金属氧化物包括氧化镁等，过渡金属氧化物包括二氧化钛、三氧化二铬、二氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧化金或氧化铅中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：二氧化钛和三氧化二铬的组合，氧化铁和氧化铜的组合，二氧化钛、二氧化锰和氧化铅的组合等。

优选地，所述催化剂的载体包括二氧化硅、氧化铝或分子筛中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：二氧化硅和氧化铝的组合，氧化铝和分子筛的组合，二氧化硅、氧化铝或分子筛的组合等。

一般而言，现有技术中均是由环氧化合物和二氧化碳制备环状碳酸酯，而本申请中以环状碳酸酯为原料，反向制备环氧化合物，同时反应所需温度不高，条件较为温和；若热分解反应的温度偏高，会使得环氧化合物容易自身聚合，降低环氧化合物的收率，甚至会有环状碳酸酯来不及热分解就被分离出体系，增加操作难度；若热分解反应的温度偏低，则会造成环状碳酸酯热分解速率过小，反应器反应效率快速降低，增加运行通量，加大控制操作的难度。

优选地，所述真空控制单元调节后反应分离单元内的绝对压力为1～10⁵Pa，例如1Pa、10Pa、100Pa、500Pa、1000Pa、5000Pa、10000Pa、50000Pa或10⁵Pa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为200～10⁵Pa。

作为本发明优选的技术方案，所述反应产物包括环氧化合物和二氧化碳，所述环氧化合物收集至产物收集单元中，所述二氧化碳进入真空控制单元。

优选地，所述反应的副产物进入副产物采出装置。

优选地，所述未反应原料包括溶剂和未反应的环状碳酸酯，经副产物采出装置进入循环装置。

优选地，所述未反应原料离开循环装置后进入进料单元再利用。

作为本发明优选的技术方案，所述方法包括：将环状碳酸酯和溶剂混合预热后进入反应分离单元，在50～350℃条件下发生热分解反应，通过真空控制单元调节压力至1～10⁵Pa，反应产物环氧化合物收集至产物收集单元中，二氧化碳进入真空控制单元后排出，副产物进入副产物采出装置，溶剂和未反应的环状碳酸酯经循环装置后进入进料单元再利用。

本发明中，采用上述装置制备环氧化合物，环状碳酸酯和溶剂按比例加入到进料单元，在进料单元内混合预热至反应温度，输送至反应分离单元，所述反应分离单元内装填有非均相催化剂，在催化剂作用下，环状碳酸酯热分解为环氧化合物和二氧化碳，控制反应分离单元内的真空度，实现反应产物的分离，并进入产物收集单元，环氧化合物被捕获，而二氧化碳由于是不凝气体，被真空控制单元采出体系；溶剂、未反应的环状碳酸酯和副产物等液相混合物则输送至副产物采出装置，在该装置内分离出副产物，溶剂和未反应的环状碳酸酯再输送至循环装置，通过调整两者的配比和压力，返回进料单元再次使用，形成一个循环，稳定后能实现连续生产环氧化合物。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明以环状碳酸酯为原料制备环氧化合物，所述方法效率高，环状碳酸酯的转化可达90％左右，环氧化合物的收率可达85％左右，环氧化合物选择性高，均可达91.8％以上，最高可达99.9％以上；

(2)本发明所述装置将反应和分离过程集成到同一单元内，能够简化工艺流程，适用于各种环氧化合物的合成；

(3)本发明所述方法可直接合成环氧化合物，反应条件温和，危险系数比较低。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的连续反应制备环氧化合物的装置结构示意图；

图2是本发明实施例5提供的连续反应制备环氧化合物的装置结构示意图；

图3是本发明实施例7提供的连续反应制备环氧化合物的装置结构示意图；

其中，1-进料单元，2-预热装置，3-釜式反应器，4-分离器，5-产物收集单元，6-真空控制单元，7-副产物采出装置，8-循环装置，9-膜反应器，10-塔式反应器。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

本发明具体实施方式部分提供了一种连续反应制备环氧化合物的装置及方法，所述装置包括反应分离单元、产物收集单元5、真空控制单元6和回收单元，所述反应分离单元的上部出口与产物收集单元5相连，所述产物收集单元5与真空控制单元6相连，所述反应分离单元的下部出口与回收单元相连，所述回收单元的出口与反应分离单元的进口相连。

所述方法包括：将包括环状碳酸酯的原料加热，发生热分解反应，通过真空控制单元4调节压力，反应产物汽化后收集，未反应原料进行回收后再利用。

以下为本发明典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种连续反应制备环氧化合物的装置及方法，所述装置的结构示意图如图1所示，包括反应分离单元、产物收集单元5、真空控制单元6和回收单元，所述反应分离单元的上部出口与产物收集单元5相连，所述产物收集单元5与真空控制单元6相连，所述反应分离单元的下部出口与回收单元相连，所述回收单元的出口与反应分离单元的进口相连；所述反应分离单元包括釜式反应器3和分离器4。

所述装置还包括进料单元1，所述进料单元1的出口与反应分离单元相连；所述进料单元1与反应分离单元之间设有预热装置2。

所述回收单元包括副产物采出装置7和循环装置8，所述反应分离单元的下部出口依次与副产物采出装置7和循环装置8相连，所述循环装置8的出口与进料单元1相连。

所述方法在本实施例所述装置内进行，包括以下步骤：

(1)将非均相催化剂喷涂在釜式反应器3的内壁和内部配件上，将碳酸甘油酯和溶剂加入到进料单元1的配料罐中充分搅拌并加热至100℃；

(2)用进料泵将配料罐中的碳酸甘油酯和溶剂输送至预热装置2，加热至200℃后进入釜式反应器3发生反应，碳酸甘油酯热分解成缩水甘油和二氧化碳；

(3)通过真空控制单元6调节反应分离单元内的压力为20kPa，产物缩水甘油和二氧化碳进入产物收集单元5，二氧化碳再经真空控制单元6排出；

(4)步骤(2)未反应的碳酸甘油酯、溶剂和副产物输送至副产物采出装置7，分离出副产物后碳酸甘油酯和溶剂在循环装置8内加压和净化，返回配料罐，形成循环，稳定运行200h后采样分析。

实施例2：

本实施例提供了一种连续反应制备环氧化合物的装置及方法，所述装置的结构参照实施例1中的装置。

所述方法在本实施例所述装置内进行，包括以下步骤：

(1)将非均相催化剂制备成球形形状固定在釜式反应器3内，将碳酸乙烯酯和溶剂加入到进料单元1的配料罐中充分搅拌并加热至90℃；

(2)用进料泵将配料罐中的碳酸乙烯酯和溶剂输送至预热装置2，加热至160℃后进入釜式反应器3发生反应，碳酸乙烯酯热分解成环氧乙烷和二氧化碳；

(3)通过真空控制单元6调节反应分离单元内的压力为50kPa，产物环氧乙烷和二氧化碳进入产物收集单元5，二氧化碳再经真空控制单元6排出；

(4)步骤(2)未反应的碳酸乙烯酯、溶剂和副产物输送至副产物采出装置7，分离出副产物后碳酸乙烯酯和溶剂在循环装置8内加压和净化，返回配料罐，形成循环，稳定运行200h后采样分析。

实施例3：

所述方法在本实施例所述装置内进行，包括以下步骤：

(1)将非均相催化剂制备成柱形填充于釜式反应器3内，将碳酸丙烯酯和溶剂加入到进料单元1的配料罐中充分搅拌并加热至120℃；

(2)用进料泵将配料罐中的碳酸丙烯酯和溶剂输送至预热装置2，加热至250℃后进入釜式反应器3发生反应，碳酸丙烯酯热分解成环氧丙烷和二氧化碳；

(3)通过真空控制单元6调节反应分离单元内的压力为10kPa，产物环氧丙烷和二氧化碳进入产物收集单元5，二氧化碳再经真空控制单元6排出；

(4)步骤(2)未反应的碳酸丙烯酯、溶剂和副产物输送至副产物采出装置7，分离出副产物后碳酸丙烯酯和溶剂在循环装置8内加压和净化，返回配料罐，形成循环，稳定运行200h后采样分析。

实施例4：

所述方法在本实施例所述装置内进行，包括以下步骤：

(1)将非均相催化剂以外置管式催化剂填充柱的形式安装于釜式反应器3外，将碳酸2,3-丁烯酯加入到进料单元1的配料罐中充分搅拌并加热至150℃；

(2)用进料泵将配料罐中的碳酸2,3-丁烯酯输送至预热装置2，加热至300℃后进入釜式反应器3发生反应，碳酸2,3-丁烯酯热分解成2,3-环氧丁烷和二氧化碳；

(3)通过真空控制单元6调节反应分离单元内的压力为100Pa，产物2,3-环氧丁烷和二氧化碳进入产物收集单元5，二氧化碳再经真空控制单元6排出；

(4)步骤(2)未反应的碳酸2,3-丁烯酯和副产物输送至副产物采出装置7，分离出副产物后碳酸2,3-丁烯酯在循环装置8内加压和净化，返回配料罐，形成循环，稳定运行200h后采样分析。

将实施例1-4中反应所用催化剂、溶剂以及溶剂添加量进行汇总，如表1所示；将实施例1-4中得到的产物进行采样分析，计算原料的转化率、产物的收率和选择性，其结果如表2所示。

表1 实施例1-4中所用催化剂和溶剂的汇总信息

表2 实施例1-4中所得产物的采样分析结果

实施例5：

本实施例提供了一种连续反应制备环氧化合物的装置及方法，所述装置的结构示意图如图2所示，包括反应分离单元、产物收集单元5、真空控制单元6和回收单元，所述反应分离单元的上部出口与产物收集单元5相连，所述产物收集单元5与真空控制单元6相连，所述反应分离单元的下部出口与回收单元相连，所述回收单元的出口与反应分离单元的进口相连；所述反应分离单元包括膜反应器9，所述膜反应器9为降膜反应器。

所述方法在本实施例所述装置内进行，包括以下步骤：

(1)将非均相催化剂喷涂在膜反应器9的内壁上，将碳酸甘油酯和溶剂加入到进料单元1的配料罐中充分搅拌并加热至100℃；

(2)用进料泵将配料罐中的碳酸甘油酯和溶剂输送至预热装置2，加热至220℃后进入膜反应器9发生反应，碳酸甘油酯热分解成缩水甘油和二氧化碳；

实施例6：

本实施例提供了一种连续反应制备环氧化合物的装置及方法，所述装置的结构参照实施例5中的装置，区别仅在于：所述膜反应器9为升膜反应器。

所述方法在本实施例所述装置内进行，包括以下步骤：

(1)将非均相催化剂喷涂在膜反应器9的内壁上，将碳酸丙烯酯和溶剂加入到进料单元1的配料罐中充分搅拌并加热至100℃；

(2)用进料泵将配料罐中的碳酸丙烯酯和溶剂输送至预热装置2，加热至180℃后进入膜反应器9发生反应，碳酸丙烯酯热分解成环氧丙烷和二氧化碳；

将实施例5和6中反应所用催化剂、溶剂以及溶剂添加量进行汇总，如表3所示；将实施例5和6中得到的产物进行采样分析，计算原料的转化率、产物的收率和选择性，其结果如表4所示。

表3 实施例5和6中所用催化剂和溶剂的汇总信息

表4 实施例5和6中所得产物的采样分析结果

实施例7

本实施例提供了一种连续反应制备环氧化合物的装置及方法，所述装置的结构示意图如图3所示，包括反应分离单元、产物收集单元5、真空控制单元6和回收单元，所述反应分离单元的上部出口与产物收集单元5相连，所述产物收集单元5与真空控制单元6相连，所述反应分离单元的下部出口与回收单元相连，所述回收单元的出口与反应分离单元的进口相连；所述反应分离单元包括塔式反应器10。

所述方法在本实施例所述装置内进行，包括以下步骤：

(1)将非均相催化剂固定在塔式反应器10的塔釜内，将碳酸1,2-丁烯酯和溶剂加入到进料单元1的配料罐中充分搅拌并加热至100℃；

(2)用进料泵将配料罐中的碳酸1,2-丁烯酯和溶剂输送至预热装置2，加热至220℃后进入塔式反应器10发生反应，碳酸1,2-丁烯酯热分解成1,2-环氧丁烷和二氧化碳；

(3)通过真空控制单元6调节反应分离单元内的压力为30kPa，产物1,2-环氧丁烷和二氧化碳进入产物收集单元5，二氧化碳再经真空控制单元6排出；

(4)步骤(2)未反应的碳酸1,2-丁烯酯、溶剂和副产物输送至副产物采出装置7，分离出副产物后碳酸1,2-丁烯酯和溶剂在循环装置8内加压和净化，返回配料罐，形成循环，稳定运行200h后采样分析。

实施例8：

本实施例提供了一种连续反应制备环氧化合物的装置及方法，所述装置的结构参照实施例7中的装置。

所述方法在本实施例所述装置内进行，包括以下步骤：

(1)将非均相催化剂固定在塔式反应器10的某一块塔板上，将碳酸丙烯酯和溶剂加入到进料单元1的配料罐中充分搅拌并加热至100℃；

(2)用进料泵将配料罐中的碳酸丙烯酯和溶剂输送至预热装置2，加热至250℃后进入塔式反应器10发生反应，碳酸丙烯酯热分解成环氧丙烷和二氧化碳；

(3)通过真空控制单元6调节反应分离单元内的压力为80kPa，产物环氧丙烷和二氧化碳进入产物收集单元5，二氧化碳再经真空控制单元6排出；

实施例9：

所述方法在本实施例所述装置内进行，包括以下步骤：

(1)将非均相催化剂固定在塔式反应器10的塔釜内，将碳酸2,3-丁烯酯和溶剂加入到进料单元1的配料罐中充分搅拌并加热至120℃；

(2)用进料泵将配料罐中的碳酸2,3-丁烯酯和溶剂输送至预热装置2，加热至280℃后进入塔式反应器10发生反应，碳酸2,3-丁烯酯热分解成2,3-环氧丁烷和二氧化碳；

(3)通过真空控制单元6调节反应分离单元内的压力为60kPa，产物2,3-环氧丁烷和二氧化碳进入产物收集单元5，二氧化碳再经真空控制单元6排出；

(4)步骤(2)未反应的碳酸2,3-丁烯酯、溶剂和副产物输送至副产物采出装置7，分离出副产物后碳酸2,3-丁烯酯和溶剂在循环装置8内加压和净化，返回配料罐，形成循环，稳定运行200h后采样分析。

实施例10：

所述方法在本实施例所述装置内进行，参照实施例7中的方法，区别仅在于：预热装置2中不加入溶剂，所用催化剂不同。

将实施例7-10中反应所用催化剂、溶剂以及溶剂添加量进行汇总，如表5所示；将实施例7-10中得到的产物进行采样分析，计算原料的转化率、产物的收率和选择性，其结果如表6所示。

表5 实施例7-10中所用催化剂和溶剂的汇总信息

表6 实施例7-10中所得产物的采样分析结果

本发明采用所述装置及方法进行环氧化合物的连续制备，由表2可知，实施例1-4采用釜式反应器时，环状碳酸酯转化率均可达90％左右，环氧化合物的收率可达85％左右，环氧化合物选择性高，均可达92.4％以上；由表4可知，实施例5-6采用膜反应器时，环状碳酸酯转化率和环氧化合物的收率均可达89％左右，此时产物的选择性高达99.9％以上；由表6可知，实施例7-10采用塔式反应器时，环状碳酸酯转化率可达90％左右，环氧化合物的收率均可达82％～85％，此时产物的选择性达91.8～94.3％。

上述实施例均能够达到优异的效果，虽然结果稍有不同，但与所用反应器的类型有关，可以根据实际需要来选择，所述方法工艺流程段，生产效率高，适用于各种环氧化合物的合成。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细装置与工艺方法，但本发明并不局限于上述装置与方法，即不意味着本发明必须依赖上述装置与方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明装置和工艺的等效替换、辅助装置或成分的添加以及具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种连续反应制备环氧化合物的装置，其特征在于，所述装置包括反应分离单元、产物收集单元、真空控制单元和回收单元，所述反应分离单元的上部出口与产物收集单元相连，所述产物收集单元与真空控制单元相连，所述反应分离单元的下部出口与回收单元相连，所述回收单元的出口与反应分离单元的进口相连；所述反应分离单元包括反应器和分离器，所述反应器和分离器在同一设备内，所述反应器内装填催化剂；所述催化剂包括碱土金属氧化物和/或过渡金属氧化物；

所述回收单元包括副产物采出装置和循环装置，所述反应分离单元的下部出口依次与副产物采出装置和循环装置相连，所述循环装置的出口与进料单元相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器包括釜式反应器、膜反应器、塔式反应器或管式反应器中任意一种或至少两种的组合。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分离器包括釜式蒸馏分离器、膜分离器、分离塔或闪蒸器中任意一种或至少两种的组合。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述釜式反应器包括内置环流反应釜、内置气体循环反应釜、内置催化剂固定器反应釜、内置挡板反应釜或外置强制循环系统的反应釜中任意一种或至少两种的组合。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述膜反应器包括降膜反应器、升膜反应器或刮膜反应器中任意一种或至少两种的组合。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述塔式反应器包括填料塔、浮阀塔或筛板塔中任意一种或至少两种的组合。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述管式反应器包括单管式反应器、多管式反应器、强制平推流管式反应器或强制返混管式反应器中任意一种或至少两种的组合。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括进料单元，所述进料单元的出口与反应分离单元相连。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述进料单元与反应分离单元之间设有预热装置。

10.一种采用权利要求1-9任一项所述装置制备环氧化合物的方法，其特征在于，所述方法包括：将包括环状碳酸酯的原料加热，发生热分解反应，通过真空控制单元调节压力，反应产物汽化后收集，未反应原料进行回收后再利用。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述环状碳酸酯的结构通式为：

其中，R₁和R₂独立地为H、C原子数为1～20的烷基、C原子数为1～20的醇类、C原子数为1～20的酸类或C原子数为1～20的酯类中任意一种。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述反应产物为环氧化合物，其结构通式为：

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述原料还包括溶剂。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述溶剂包括烷烃、烷烃衍生物、苯、苯衍生物或离子液体中任意一种或至少两种的组合。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述环状碳酸酯占原料的质量分数为2～100wt％。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述环状碳酸酯占原料的质量分数为20～90wt％。

17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述溶剂占原料的质量分数为0～98wt％。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述溶剂占原料的质量分数为20～60wt％。

19.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述热分解反应的温度为50～350℃。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述热分解反应的温度为100～250℃。

21.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述热分解反应在反应分离单元内进行。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述反应分离单元内装填催化剂。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述催化剂包括碱土金属氧化物和/或过渡金属氧化物。

24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述催化剂的载体包括二氧化硅、氧化铝或分子筛中任意一种或至少两种的组合。

25.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述真空控制单元调节后反应分离单元内的绝对压力为1～10⁵Pa。

26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述真空控制单元调节后反应分离单元内的绝对压力为200～10⁵Pa。

27.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述反应产物包括环氧化合物和二氧化碳，所述环氧化合物收集至产物收集单元中，所述二氧化碳进入真空控制单元。

28.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述反应的副产物进入副产物采出装置。

29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述未反应原料包括溶剂和未反应的环状碳酸酯，经副产物采出装置进入循环装置。

30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述未反应原料离开循环装置后进入进料单元再利用。

31.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括：将环状碳酸酯和溶剂混合预热后进入反应分离单元，在50～350℃条件下发生热分解反应，通过真空控制单元调节压力至1～10⁵Pa，反应产物环氧化合物收集至产物收集单元中，二氧化碳进入真空控制单元后排出，副产物进入副产物采出装置，溶剂和未反应的环状碳酸酯经循环装置后进入进料单元再利用。