的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種催化轉(zhuǎn)化CO2的裝置及方法，所述裝置包括：反應(yīng)裝置；分別與所述反應(yīng)裝置相通的進(jìn)料管路和出料管路；所述進(jìn)料管路包括：第一進(jìn)料管路和第二進(jìn)料管路；所述第一進(jìn)料管路上依次設(shè)置有環(huán)氧化合物儲(chǔ)存裝置、第一流量控制裝置和預(yù)熱裝置；所述第二進(jìn)料管路上依次設(shè)置有CO2儲(chǔ)存裝置和第二流量控制裝置。本發(fā)明提供的裝置先將環(huán)氧化合物經(jīng)過(guò)預(yù)熱爐進(jìn)行預(yù)熱氣化，再將氣化后的環(huán)氧化合物與CO2在固體催化劑的作用下連續(xù)進(jìn)料反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了氣固兩相反應(yīng)，反應(yīng)物與催化劑充分接觸，反應(yīng)條件溫和，同時(shí)避免使用溶劑及助催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該反應(yīng)表現(xiàn)出了較高的選擇性和轉(zhuǎn)化率，且可以進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)。
【專利說(shuō)明】一種催化轉(zhuǎn)化co2的裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工業(yè)催化【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，是涉及一種催化轉(zhuǎn)化co2的裝置及方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] C02是最主要的溫室氣體之一，約占溫室氣體總量的2/3,隨著C02排放量逐年增 力口，大氣的溫室效應(yīng)也隨之增強(qiáng)，已產(chǎn)生全球氣候變暖等一系列極其嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，引起 了全世界各國(guó)的關(guān)注；同時(shí)C0 2也是地球上最豐富的C1資源之一，具有儲(chǔ)量大、安全無(wú)毒和 廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)。因此，C02的資源合理利用無(wú)論是在環(huán)境保護(hù)上，還是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益上都 具有重大意義。
[0003] C02與環(huán)氧化合物通過(guò)插入反應(yīng)合成環(huán)狀碳酸酯路線是催化轉(zhuǎn)化C02最成功的例 子之一，這一反應(yīng)具有原料價(jià)格低廉、原子利用率高、副產(chǎn)物少等優(yōu)點(diǎn)。而且合成的環(huán)狀碳 酸酯是一類重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，具有高溶解度、高沸點(diǎn)及閃點(diǎn)、低氣味水平和蒸發(fā)速率、 低毒性和良好的生物降解性，被廣泛應(yīng)用于藥物化學(xué)的前驅(qū)體、工程塑料的原材料、高能密 度電池的電解液以及用于非質(zhì)子極性溶劑中脫脂，脫漆和清潔。
[0004]目前，傳統(tǒng)的co2與環(huán)氧化合物合成環(huán)狀碳酸酯方法是使用反應(yīng)釜進(jìn)行間歇式反 應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中還需要加入溶劑及助催化劑，其中co 2需要先溶于環(huán)氧化合物，再在固相催 化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)選擇性和轉(zhuǎn)化率不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供了一種催化轉(zhuǎn)化C02的裝置及方法，提高催化轉(zhuǎn) 化C02反應(yīng)的選擇性和轉(zhuǎn)化率，且可以進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)。
[0006] 本發(fā)明提供了一種催化轉(zhuǎn)化C02的裝置，包括：
[0007] 反應(yīng)裝置，用于進(jìn)行C02催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)；
[0008] 分別與所述反應(yīng)裝置相通的進(jìn)料管路和出料管路；
[0009] 所述進(jìn)料管路包括：第一進(jìn)料管路和第二進(jìn)料管路，所述第一進(jìn)料管路與所述第 二進(jìn)料管路分別與所述反應(yīng)裝置相連；
[0010] 所述第一進(jìn)料管路上依次設(shè)置有環(huán)氧化合物儲(chǔ)存裝置、第一流量控制裝置和預(yù)熱 裝置，所述預(yù)熱裝置與所述反應(yīng)裝置直接相連；
[0011] 所述第二進(jìn)料管路上依次設(shè)置有co2儲(chǔ)存裝置和第二流量控制裝置，所述第二流 量控制裝置與所述反應(yīng)裝置直接相連。
[0012] 優(yōu)選的，所述第一和第二流量控制裝置獨(dú)立地選自平流泵或轉(zhuǎn)子流量計(jì)。
[0013] 優(yōu)選的，所述出料管路上還設(shè)置有氣液分離裝置；所述氣液分離裝置上設(shè)置有氣 體分離管路，用于排出未反應(yīng)的co 2。
[0014] 優(yōu)選的，所述出料管路上還設(shè)置有壓力表，用于控制反應(yīng)裝置的壓力；所述壓力表 位于所述反應(yīng)裝置和氣液分離裝置之間。
[0015] 本發(fā)明提供了一種催化轉(zhuǎn)化co2的方法，包括以下步驟：
[0016] a)將環(huán)氧化合物預(yù)熱，得到氣態(tài)環(huán)氧化合物；
[0017] b)將C02和所述氣態(tài)環(huán)氧化合物分別連續(xù)進(jìn)料至反應(yīng)裝置，進(jìn)行催化反應(yīng)，連續(xù)出 料得到反應(yīng)混合物。
[0018] 優(yōu)選的，步驟a)中所述預(yù)熱的溫度為50°C?130°C。
[0019] 優(yōu)選的，步驟b)中所述催化反應(yīng)的催化劑為活性炭負(fù)載的離子液體催化劑。
[0020] 優(yōu)選的，步驟b)中所述氣態(tài)環(huán)氧化合物的進(jìn)料速度為0. 5mL/min?5mL/min，所述 C02的進(jìn)料速度為20mL/min?100mL/min。
[0021] 優(yōu)選的，步驟b)中所述催化反應(yīng)的溫度為90°C?170°C，壓力為0.8MPa? 1. 6MPa〇
[0022] 優(yōu)選的，所述步驟b)還包括將得到的反應(yīng)混合物進(jìn)行氣液分離。
[0023] 本發(fā)明提供了一種催化轉(zhuǎn)化C02的裝置及方法，所述催化轉(zhuǎn)化C02的裝置包括：反 應(yīng)裝置，用于進(jìn)行C0 2催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)；分別與所述反應(yīng)裝置相通的進(jìn)料管路和出料管路；所 述進(jìn)料管路包括：第一進(jìn)料管路和第二進(jìn)料管路，所述第一進(jìn)料管路與所述第二進(jìn)料管路 分別與所述反應(yīng)裝置相連；所述第一進(jìn)料管路上依次設(shè)置有環(huán)氧化合物儲(chǔ)存裝置、第一流 量控制裝置和預(yù)熱裝置，所述預(yù)熱裝置與所述反應(yīng)裝置直接相連；所述第二進(jìn)料管路上依 次設(shè)置有C0 2儲(chǔ)存裝置和第二流量控制裝置，所述第二流量控制裝置與所述反應(yīng)裝置直接 相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置先將環(huán)氧化合物經(jīng)過(guò)預(yù)熱爐進(jìn)行預(yù)熱氣 化，再將氣化后的環(huán)氧化合物與C0 2在固體催化劑的作用下連續(xù)進(jìn)料反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了氣固兩相 反應(yīng)，反應(yīng)物與催化劑充分接觸，反應(yīng)條件溫和，同時(shí)避免使用溶劑及助催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表明，該反應(yīng)表現(xiàn)出了較高的選擇性和轉(zhuǎn)化率，且可以進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0025] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的催化轉(zhuǎn)化C02的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例8提供的催化轉(zhuǎn)化C02的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所 描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例， 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā) 明保護(hù)的范圍。
[0028] 本發(fā)明提供了一種催化轉(zhuǎn)化C02的裝置，包括：
[0029] 反應(yīng)裝置，用于進(jìn)行C02催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)；
[0030] 分別與所述反應(yīng)裝置相通的進(jìn)料管路和出料管路；
[0031] 所述進(jìn)料管路包括：第一進(jìn)料管路和第二進(jìn)料管路，所述第一進(jìn)料管路與所述第 二進(jìn)料管路分別與所述反應(yīng)裝置相連；
[0032] 所述第一進(jìn)料管路上依次設(shè)置有環(huán)氧化合物儲(chǔ)存裝置、第一流量控制裝置和預(yù)熱 裝置，所述預(yù)熱裝置與所述反應(yīng)裝置直接相連；
[0033] 所述第二進(jìn)料管路上依次設(shè)置有C02儲(chǔ)存裝置和第二流量控制裝置，所述第二流 量控制裝置與所述反應(yīng)裝置直接相連。
[0034] 請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的催化轉(zhuǎn)化C02的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其中， 1為反應(yīng)裝置，2為第一進(jìn)料管路，3為第二進(jìn)料管路，4為出料管路，5為環(huán)氧化合物儲(chǔ)存裝 置，6為第一流量控制裝置，7為預(yù)熱裝置，8為C0 2儲(chǔ)存裝置，9為第二流量控制裝置，10為 氣液分離裝置，11為氣體分離管路，12為壓力表。
[0035] 在本發(fā)明中，所述反應(yīng)裝置（1)用于進(jìn)行C02催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)，優(yōu)選為固定床反應(yīng) 器；本發(fā)明對(duì)所述固定床反應(yīng)器沒(méi)有特殊限制，目的是填充催化劑并進(jìn)行多相催化反應(yīng)。在 本發(fā)明中，所述反應(yīng)裝置中填充的催化劑為固體，進(jìn)行催化反應(yīng)的反應(yīng)物均為氣體，催化反 應(yīng)在氣固兩相中進(jìn)行，反應(yīng)物與催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)充分接觸。
[0036] 在本發(fā)明中，所述反應(yīng)裝置（1)與進(jìn)料管路相通。所述進(jìn)料管路包括：第一進(jìn)料管 路（2)和第二進(jìn)料管路（3)，所述第一進(jìn)料管路（2)和第二進(jìn)料管路（3)分別與所述反應(yīng)裝 置（1)相連。在本發(fā)明中，所述第一進(jìn)料管路（2)上依次設(shè)置有環(huán)氧化合物儲(chǔ)存裝置（5)、 第一流量控制裝置（6)和預(yù)熱裝置（7)，所述預(yù)熱裝置（7)與所述反應(yīng)裝置（1)直接相連。
[0037] 在本發(fā)明中，所述環(huán)氧化合物儲(chǔ)存裝置（5)用于環(huán)氧化合物的儲(chǔ)存，優(yōu)選為環(huán)氧 化合物原料罐；本發(fā)明對(duì)所述環(huán)氧化合物原料罐沒(méi)有特殊限制，目的是為C0 2催化轉(zhuǎn)化反應(yīng) 提供反應(yīng)原料環(huán)氧化合物；所述環(huán)氧化合物原料罐通過(guò)控制閥門(mén)實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟和關(guān)閉。
[0038] 在本發(fā)明中，所述第一流量控制裝置（6)用于控制環(huán)氧化合物的進(jìn)料速度，優(yōu)選 為平流泵或轉(zhuǎn)子流量計(jì)，更優(yōu)選為平流泵；本發(fā)明對(duì)所述平流泵沒(méi)有特殊限制，采用本領(lǐng)域 技術(shù)人員熟知的用于控制液體流速的平流泵即可。
[0039] 在本發(fā)明中，所述預(yù)熱裝置（7)用于對(duì)反應(yīng)前的環(huán)氧化合物進(jìn)行預(yù)熱氣化，優(yōu)選 為預(yù)熱爐；本發(fā)明對(duì)所述預(yù)熱爐沒(méi)有特殊限制，目的是使進(jìn)入反應(yīng)裝置（1)的環(huán)氧化合物 氣化，實(shí)現(xiàn)在反應(yīng)裝置（1)中的催化反應(yīng)在氣固兩相中進(jìn)行。在本發(fā)明中，所述第一進(jìn)料管 路（2)用于將環(huán)氧化合物儲(chǔ)存裝置（5)中的環(huán)氧化合物經(jīng)第一流量控制裝置（6)，再經(jīng)預(yù)熱 裝置（7)，進(jìn)入反應(yīng)裝置（1)。
[0040] 在本發(fā)明中，所述第二進(jìn)料管路（3)上依次設(shè)置有0)2儲(chǔ)存裝置（8)和第二流量控 制裝置（9)，所述第二流量控制裝置（9)與所述反應(yīng)裝置（1)直接相連。在本發(fā)明中，所述 C0 2儲(chǔ)存裝置（8)用于C02的儲(chǔ)存，優(yōu)選為C02鋼瓶；本發(fā)明對(duì)所述C02鋼瓶沒(méi)有特殊限制， 目的是為C0 2催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供C02 ;所述C02鋼瓶通過(guò)控制閥門(mén)實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟和關(guān)閉。
[0041] 在本發(fā)明中，所述第二流量控制裝置（9)用于控制C02的進(jìn)料速度，優(yōu)選為平流泵 或轉(zhuǎn)子流量計(jì)，更優(yōu)選為轉(zhuǎn)子流量計(jì)；本發(fā)明對(duì)所述轉(zhuǎn)子流量計(jì)沒(méi)有特殊限制，采用本領(lǐng)域 技術(shù)人員熟知的用于控制氣體流速的轉(zhuǎn)子流量計(jì)即可。在本發(fā)明中，所述第二進(jìn)料管路（3) 用于將C0 2儲(chǔ)存裝置（8)中的C02經(jīng)第二流量控制裝置（9)，進(jìn)入反應(yīng)裝置（1)。
[0042] 在本發(fā)明中，所述反應(yīng)裝置（1)與出料管路（4)相通。所述出料管路（4)用于將 催化反應(yīng)后的反應(yīng)混合物排出反應(yīng)裝置（1)。在本發(fā)明中，所述出料管路（4)上優(yōu)選還設(shè) 置有氣液分離裝置（10)。在本發(fā)明中，所述氣液分離裝置（10)用于將反應(yīng)混合物中的C0 2 進(jìn)行分離，優(yōu)選為氣液分離器；本發(fā)明對(duì)所述氣液分離器沒(méi)有特殊限制，目的是將反應(yīng)裝置 (1)中排出的反應(yīng)混合物進(jìn)行氣液分離，分離出未反應(yīng)的co2。
[0043] 在本發(fā)明中，所述氣液分離裝置（10)上設(shè)置有氣體分離管路（11)，用于排出未反 應(yīng)的co 2;所述氣體分離管路（11)上設(shè)置有控制閥門(mén)，用于控制所述氣體分離管路（11)的 開(kāi)啟和關(guān)閉。
[0044] 在本發(fā)明中，所述出料管路（4)上優(yōu)選還設(shè)置有壓力表（12)，用于控制反應(yīng)裝置 (1)的壓力；所述壓力表（12)位于所述反應(yīng)裝置（1)和氣液分離裝置（10)之間。
[0045] 在本發(fā)明中，所述出料管路（4)上優(yōu)選還設(shè)置有檢測(cè)裝置，用于對(duì)經(jīng)氣液分離裝 置（10)進(jìn)行氣液分離后的液態(tài)反應(yīng)混合物進(jìn)行收集與分析。所述檢測(cè)裝置與所述氣液分 離裝置（10)相連。在本發(fā)明中，所述檢測(cè)裝置，包括：
[0046] 冷凝器；
[0047] 分別與所述冷凝器相連的反應(yīng)混合物收集管路和反應(yīng)混合物分析管路；
[0048] 與所述反應(yīng)混合物分析管路相連的氣相色譜儀；
[0049] 所述反應(yīng)混合物收集管路和反應(yīng)混合物分析管路上分別設(shè)置有控制閥門(mén)。
[0050] 在本發(fā)明中，所述冷凝器用于將氣液分離后的液態(tài)反應(yīng)混合物進(jìn)行冷卻，使反應(yīng) 混合物的溫度控制在能夠進(jìn)行氣相色譜檢測(cè)的溫度范圍內(nèi)；所述能夠進(jìn)行氣相色譜檢測(cè)的 溫度優(yōu)選為25°C ±5°C。在本發(fā)明中，所述氣相色譜儀為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的檢測(cè)儀器， 本發(fā)明對(duì)此沒(méi)有特殊限制。所述氣相色譜儀用于對(duì)反應(yīng)混合物進(jìn)行氣相色譜檢測(cè)，對(duì)反應(yīng) 的選擇性和轉(zhuǎn)化率進(jìn)行表征。
[0051] 按照上述本發(fā)明實(shí)施例提供的催化轉(zhuǎn)化co2的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)氣固兩相反應(yīng)且反 應(yīng)能夠連續(xù)進(jìn)行。本發(fā)明實(shí)施例工作過(guò)程如下：
[0052] 首先，將環(huán)氧化合物儲(chǔ)存裝置（5)中的環(huán)氧化合物經(jīng)第一流量控制裝置（6)控制 進(jìn)料速度后，加入到預(yù)熱裝置（7)中，在一定溫度下進(jìn)行預(yù)熱氣化。
[0053] 其次，將C02儲(chǔ)存裝置（8)中的C02經(jīng)第二流量控制裝置（9)控制進(jìn)料速度后，連 續(xù)進(jìn)料至填充有固體催化劑的反應(yīng)裝置（1)中，同時(shí)將上述預(yù)熱氣化后的環(huán)氧化合物連續(xù) 進(jìn)料至反應(yīng)裝置（1)中進(jìn)行催化反應(yīng)，連續(xù)出料得到反應(yīng)混合物，通過(guò)壓力表（12)控制反 應(yīng)裝置（1)中的反應(yīng)壓力。
[0054] 再次，將反應(yīng)裝置（1)出料得到的反應(yīng)混合物經(jīng)氣液分離裝置（10)進(jìn)行氣液分離 后，通過(guò)氣體分離管路（11)排出未反應(yīng)的co 2。
[0055] 最后，將氣液分離后的液態(tài)反應(yīng)混合物進(jìn)行檢測(cè)。
[0056] 本發(fā)明還提供了一種催化轉(zhuǎn)化C02的方法，包括以下步驟：
[0057] a)將環(huán)氧化合物預(yù)熱，得到氣態(tài)環(huán)氧化合物；
[0058] b)將C02和所述氣態(tài)環(huán)氧化合物分別連續(xù)進(jìn)料至反應(yīng)裝置，進(jìn)行催化反應(yīng)，連續(xù)出 料得到反應(yīng)混合物。
[0059] 在本發(fā)明中，將環(huán)氧化合物預(yù)熱，得到氣態(tài)環(huán)氧化合物。所述環(huán)氧化合物優(yōu)選具有 式⑴結(jié)構(gòu)：
[0060]

【權(quán)利要求】
1. 一種催化轉(zhuǎn)化co2的裝置，其特征在于，包括： 反應(yīng)裝置，用于進(jìn)行co2催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)； 分別與所述反應(yīng)裝置相通的進(jìn)料管路和出料管路； 所述進(jìn)料管路包括：第一進(jìn)料管路和第二進(jìn)料管路，所述第一進(jìn)料管路與所述第二進(jìn) 料管路分別與所述反應(yīng)裝置相連； 所述第一進(jìn)料管路上依次設(shè)置有環(huán)氧化合物儲(chǔ)存裝置、第一流量控制裝置和預(yù)熱裝 置，所述預(yù)熱裝置與所述反應(yīng)裝置直接相連； 所述第二進(jìn)料管路上依次設(shè)置有co2儲(chǔ)存裝置和第二流量控制裝置，所述第二流量控 制裝置與所述反應(yīng)裝置直接相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二流量控制裝置獨(dú)立地選 自平流泵或轉(zhuǎn)子流量計(jì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述出料管路上還設(shè)置有氣液分離裝置； 所述氣液分離裝置上設(shè)置有氣體分離管路，用于排出未反應(yīng)的C02。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述出料管路上還設(shè)置有壓力表，用于控 制反應(yīng)裝置的壓力；所述壓力表位于所述反應(yīng)裝置和氣液分離裝置之間。
5. -種催化轉(zhuǎn)化C02的方法，其特征在于，包括以下步驟： a) 將環(huán)氧化合物預(yù)熱，得到氣態(tài)環(huán)氧化合物； b) 將C02和所述氣態(tài)環(huán)氧化合物分別連續(xù)進(jìn)料至反應(yīng)裝置，進(jìn)行催化反應(yīng)，連續(xù)出料得 到反應(yīng)混合物。
6. 根據(jù)權(quán)利5所述的方法，其特征在于，步驟a)中所述預(yù)熱的溫度為50°C?130°C。
7. 根據(jù)權(quán)利5所述的方法，其特征在于，步驟b)中所述催化反應(yīng)的催化劑為活性炭負(fù) 載的離子液體催化劑。
8. 根據(jù)權(quán)利5所述的方法，其特征在于，步驟b)中所述氣態(tài)環(huán)氧化合物的進(jìn)料速度為 0. 5mL/min ?5mL/min，所述 C02 的進(jìn)料速度為 20mL/min ?100mL/min。
9. 根據(jù)權(quán)利5所述的方法，其特征在于，步驟b)中所述催化反應(yīng)的溫度為90°C? l7〇°C，壓力為 0? 8MPa ?1. 6MPa。
10. 根據(jù)權(quán)利5所述的方法，其特征在于，所述步驟b)還包括將得到的反應(yīng)混合物進(jìn)行 氣液分離。
【文檔編號(hào)】C07D317/36GK104399414SQ201410798437
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】熊春榮, 丁春華, 張育蓮, 姜宏 申請(qǐng)人:海南大學(xué)