[發明專利]一種外循環噴霧式氣液接觸工藝制備環狀碳酸酯的方法

在審

• 申請號: 201910361711.4
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110028483A
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 任偉民;李明燃;呂小兵
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C07D317/38
• 分類號: C07D317/38;C07D317/36
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

本發明屬于環狀碳酸酯制備技術領域，涉及一種外循環噴霧式氣液接觸工藝制備環狀碳酸酯的方法。本發明通過外循環噴霧氣液接觸工藝，以分子內含有季銨鹽的鋁配合物為雙功能催化劑，在0.3～3.0MPa的反應壓力和60～150℃的反應溫度下，二氧化碳和環氧烷烴為原料進行偶合反應高效制備環狀碳酸酯。本發明解決現有技術中環氧烷烴轉化率達到一定程度后，反應速率呈現急劇下降的缺陷。本發明的益處是提高二氧化碳與環氧烷烴偶合制備環狀碳酸酯的效率，具有很好的工業應用價值。

技術領域

本發明屬于環狀碳酸酯制備技術領域，涉及一種外循環噴霧式氣液接觸工藝制備環狀碳酸酯的方法，是一種由環氧烷烴和二氧化碳偶合反應制備環狀碳酸酯的方法。

背景技術

二氧化碳(CO₂)作為地球上的重要碳源，可以通過光合作用被轉化為碳水化合物，同時釋放出氧氣，這是維持生態循環最重要的反應之一。而如今人類日常生活和工業生產中CO₂的過量排放破壞了自然界的“收支平衡”，使得CO₂成為導致溫室效應的主要氣體。因此，CO₂的減排和化學或物理固定已經成為世界范圍內最受關注的戰略性研究課題之一。在催化劑作用下，二氧化碳可以與環氧烷烴發生耦合反應制備環狀碳酸酯。這些環狀碳酸酯作為性能優良的高沸點、高極性有機溶劑，在有機合成、化妝品工業、氣體分離、電池電解液及金屬萃取等領域有著廣泛應用。

目前國內外有很多關于通過二氧化碳和環氧烷烴耦合制備環狀碳酸酯的專利報道。如在US 4314945中，McMullen采用四烴基季銨鹽催化環氧烷烴與二氧化碳反應合成環狀碳酸酯；在US 4786741和US 4841072中，Sachs和Harvey分別使用季鏻鹽催化劑在2.5～20MPa的壓力下，實現了二氧化碳和環氧乙烷的環加成反應，制備了相應的環狀碳酸酯；在US 4931571中，Weinstein采用季胂鹵化鹽作為催化劑，在90～200℃下催化二氧化碳和環氧乙烷反應合成碳酸乙烯酯。而國內一些專家在該領域也取得了一定突破，如在CN1343668中，鄧友全采用離子液體和堿金屬鹵化物或四丁基溴化銨組成二元催化體系，在100～140℃和二氧化碳初始壓力為1.5～4.5MPa下，成功地將環氧化合物轉變為相應的環狀碳酸酯；在CN 101003531中，何良年采用季銨鹽或季鏻鹽功能化的聚乙二醇作為催化劑，實現了二氧化碳和環氧烷烴的偶合反應合成了相應的環狀碳酸酯。該催化劑的優勢在于容易回收和循環利用，適用于連續化生產；在CN 101972674中，劉賓元合成了一種簡單的分子內含有季銨鹽的四齒席夫堿鋁配合物，該催化劑用于催化二氧化碳和環氧烷烴偶合反應時，催化效率最高可達3750mol環狀碳酸酯/mol催化劑。近年來，我們也采用四齒席夫堿鋁配合物作為催化劑，在季銨鹽或季鏻鹽的協同作用下，實現了二氧化碳和環氧烷烴的偶合反應，合成了相應的環狀碳酸酯(CN 1416953、CN 1415416和CN 1544431)。

上述報道的制備環狀碳酸酯的方法中，均采用了傳統的釜式或列管式的反應工藝。在這些工藝中，當環氧烷烴的轉化率達到一定程度后，反應速率呈現急劇的下降，導致需要較長的時間實現環氧烷烴的幾乎完全的轉化。因而釜式或管式的反應工藝效率低，能耗高。

發明內容

本發明主要的目的是提供一種通過外循環噴霧式的反應工藝加強氣液傳質，高效實現二氧化碳和環氧烷烴偶合反應合成環狀碳酸酯的方法。

本發明的技術方案：

一種外循環噴霧式氣液接觸工藝制備環狀碳酸酯的方法，采用外循環噴霧反應器，以雙功能催化劑為催化劑，在0.3～3.0MPa的反應壓力和60～150℃的反應溫度下，二氧化碳和環氧烷烴為原料進行偶合反應制備環狀碳酸酯。