一种连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的设备及工艺的制作方法

1.本发明属于化学制备领域，涉及氯代碳酸乙烯酯的生产，特别涉及一种连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的工艺及设备。


背景技术：

2.随着市场对锂离子电池需求量的增加，对锂离子电池性能的要求也越来越严格。电解液是锂离子电池中的重要组成部分，是决定锂离子电池性能的重要因素。氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯是目前使用较为广泛的电解液添加剂，在提高电池性能方面起着非常重要的作用，两者皆为环状碳酸酯，在工业生产中都是以氯代碳酸乙烯酯作为必需中间体生产的，随着氟代碳酸乙烯酯和碳酸亚乙烯酯需求量的增加，对氯代碳酸乙烯酯的产能也提出了更高的要求。
3.目前生产氯代碳酸乙烯酯工艺主要采用间歇釜式反应方式，存在着反应时间较长、批次间转化率不稳定、生产效率低等缺点。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供一种连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的设备，本发明实现了对氯代碳酸乙烯酯的连续化生产，提高了氯代碳酸乙烯酯的生产效率的同时，还保证具有良好的转化率和反应选择性。
5.本发明还提供了采用上述设备连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的工艺。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明首先提供了一种连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的设备，所述设备包括反应装置单元、原料进料单元、紫外光反射器、氯气进料单元与成品缓冲储存单元；所述反应装置单元分别与原料进料单元、氯气进料单元、成品缓冲储存单元之间通过管道连接设置，所述反应装置单元包括一个进料反应单元侧、多个冷却单元侧、至少2个中间反应单元侧和一个成品出料单元侧；所述反应装置单元中，进料反应单元侧、中间反应单元侧、相邻的两个中间反应单元侧、成品出料单元侧每两个单元之间设置有一个冷却单元侧，所述紫外光发射器安装在每个冷却单元侧上。
8.在本发明中，各反应单元侧制造设备材质为透光性良好且换热效果良好，如石英、玻璃等。
9.各反应单元的压力为0.01～0.2mpa，通过反应单元尾气出口调节阀，调整反应单元的压力。
10.紫外光发射器为紫外灯管，所述紫外灯波长250～400nm。
11.成品出料单元侧与成品缓冲储存槽连接管道上设置成品在线监测装置，实时监测成品数据。
12.作为本发明的一种优选方案，所述氯气进料单元包括加热器与流量计。
13.作为本发明的一种优选方案，所述成品缓冲储存单元包括成品缓冲储存槽和成品
循环输送泵。
14.作为本发明的一种优选方案，所述原料进料单元包括加热器与流量计。
15.作为本发明的一种优选方案，所述进料反应单元侧设有氯气分布器。
16.本发明还提供了一种采用上述连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的设备的工艺，包括以下步骤：
17.1)提供紫外光；
18.2)加热碳酸乙烯酯，调节进入反应装置单元碳酸乙烯酯的流量；
19.3)加热氯气，调节进入反应装置单元氯气的流量；
20.4)步骤2)进入后的碳酸乙烯酯与步骤3)进入后的氯气进行反应；
21.5)生成的成品气液相氯代碳酸乙烯酯进入成品缓冲储存单元，得到氯代碳酸乙烯酯。
22.作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，紫外光的波长为250-400nm。
23.作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，碳酸乙烯酯加热至55-60℃，碳酸乙烯酯流速为0.1～0.5m3/h。
24.作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，氯气加热至25-40℃，总氯气流速为150～600kg/h。
25.作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，碳酸乙烯酯与总氯气摩尔比为1:1.2～1.4，反应条件为反应温度60-80℃，反应压力0.01-0.2mpa。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：采用本发明的连续生产工艺及设备，并采取上述技术方案，通过增加光照和氯化反应时间，同时间加大换热面积，可以实现连续化生产氯代碳酸乙烯酯，提高了氯代碳酸乙烯酯的生产效率；简化生产装置，减少改动设备，优化了生产装置的空间布局，提升安全生产。同时通过监测成品品质，控制合适的反应条件，使得本发明在物料氯化的生产过程，在提高生产效率的同时，保证具有良好的选择性和转化率，本发明应用于氯代碳酸乙烯酯生产，其碳酸乙烯酯的转化率大于90％，反应的选择性大于90％。因此本发明实现了对氯代碳酸乙烯酯的连续化生产，提高了氯代碳酸乙烯酯的生产效率的同时，还保证具有良好的转化率和反应选择性。
附图说明
27.图1是本发明提供的实施例-连续生产气液相氯化的工艺及设备的结构示意图。
28.图2是本发明提供的实施例-氯化反应装置的进料反应单元侧(a1)侧视图。
29.图3是本发明提供的实施例-氯化反应装置的冷却单元侧(a21)侧视图。
30.图4是本发明提供的实施例-氯化反应装置的中间反应单元侧(a3)侧视图。
31.图5是本发明提供的实施例-氯化反应装置的冷却单元侧(a22)侧视图。
32.图6是本发明提供的实施例-氯化反应装置的出料反应单元侧(a4)侧视图。
33.图7是本发明提供的实施例-氯化反应装置的冷却单元侧(a21/a22)的石英管安装密封机构的示意图。
34.图中，a.反应装置单元；a1.进料反应单元侧；a21/a22.冷却单元侧；a211.密封底座；a212.密封圈；a213.密封盖端；a3.中间反应单元侧；a4.成品出料单元侧；b.原料进料单元；c.紫外光发射器；d.氯气进料单元；e.成品缓冲储存单元；e1.成品缓冲储存槽；e2.成品
循环输送泵。
具体实施方式
35.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于理解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
36.参照图1，本发明提供了一种连续生产气液相氯化的设备，其包括：
37.反应装置单元a，包括一个进料反应单元侧a1、冷却单元侧a21/a22、中间反应单元侧a3和一个成品出料单元侧a4，进料反应单元侧a1、中间反应单元侧a3、成品出料单元侧a4每两个反应单元之间设置有一个冷却单元侧a21/a22。成品出料单元侧a4设有氯气进口管、尾气出口管与成品出口管(图1中未标示)。
38.本发明可以在上述连续生产气液相氯化的设备上，通过不同增加层次的反应单元，改善设备换热能力，通过增加中间反应单元侧a3和冷却单元侧a21/a22的数量，从而增加物料在反应装置单元a氯化反应停留时间，单位时间内反应物料量，提高生产效率。
39.原料进料单元b，包括耐氯腐蚀的加热器、流量计，末端与进料反应单元侧a1连接。
40.紫外光发射器c使用可释放紫外光波长在200～400nm紫外灯，冷却单元侧a21/a22中间横插有1根以上的石英管，石英管直径略大于紫外灯管，使紫外灯与冷却介质隔离，紫外灯安装在石英管内，紫外灯通过仪表控制远程进行开关。
41.氯气进料单元d包括耐氯腐蚀的加热器、流量计，末端分别与进料反应单元侧a1、冷却单元侧a21/a22、中间反应单元侧a3和成品出料单元侧a4连接。
42.成品缓冲储存单元e，包括成品进口管(图1中未标示)、尾气出口管(图1中未标示)、成品循环输送泵e2，成品循环输送泵e2出口与成品缓冲储存槽e1相连接，除成品外输送状态下，处于自循环状态，避免成品缓冲储存槽e1内成品品质出现差异化。
43.参照图2，所述的进料反应单元侧a1设有原料进口管、氯气进口管、尾气出口管，安装底部设有氯气分布器，槽上部有两个dn80液相出口，与相邻的中间反应单元侧a3连通，使反应介质从进料反应单元侧a1转移至中间反应单元侧a3内。
44.参照图3和图5，所述的冷却单元侧a21/a22内冷却介质通过底部进入槽内部，槽中间横插有1根及以上的石英管，石英管两侧用密封机构安装固定在两侧板上，密封机构采用耐酸材质，冷却单元侧a21上有两个反应介质管道穿透而过，换热后的冷却介质从顶部流出；冷却单元侧a21的上部有两个dn80液相进口或出口。
45.冷却单元侧a22上有两个反应介质管道穿透而过，换热后的冷却介质从顶部流出，冷却单元侧a21的下部有两个dn80液相进口或出口。
46.根据换热效果要求不同，冷却介质亦可设置从顶部管道流入，底部管道流出。
47.参照图4所述的中间反应单元侧a3设有氯气进口管、尾气出口管，安装底部设有氯气分布器，上部有两个dn80液相进口或出口，下部有两个dn80液相与上部相反的出口或进口，使反应介质从前一进料反应单元侧a1通过本中间单元反应后转移至下一反应单元侧内。
48.参照图6，所述的成品出料单元侧a4设有氯气进口管、尾气出口管、成品出口管，槽下部有两个dn80液相进口或出口，与前段的中间反应单元侧a3相连接，槽上部设有dn100成品出口管与成品缓冲储存槽相连接。
49.参照图7，冷却单元侧a21/a22中石英管安装密封机构三维图，包括密封底座a211、密封圈a212与密封盖端a213，所述的密封底座a211底部为较大尺寸的圆环，能承受一定的支撑力，上面连接有圆柱凸出短口，外壁开设有外螺纹，密封底座211中间孔内直径要求略大于承插的石英管，密封底座a211的圆柱顶部端口内部开设密封内槽，密封凹槽为环形。密封端盖a213相对密封底座a211外螺纹设置有相对于尺寸的内螺纹压盖，密封圈a212安装在密封底座a211顶部凹槽内，当密封端盖a213螺纹连接于密封底座a211时，两者抵近通过给予密封圈a212挤压力，用以密封所述石英管与侧板间通道。
50.工作原理：碳酸乙烯酯通过加热器加热至55～60℃，通过流量计计量后，进入进料反应单元侧，氯气通过氯气分布器向反应单元槽内鼓泡，在反应单元槽内，经安装在冷却单元中的紫外灯引发下，碳酸乙烯酯在60～80℃反应温度、0.01～0.2mpa反应压力的条件下，逐步进行光氯反应后生成氯代碳酸乙烯酯，反应所产生的热量通过冷却单元中的冷却介质及时进行转移，反应液相介质通过相邻的反应单元槽连接管道流入下一个反应单元槽内，各反应槽内应根据各自不同的反应状况调整氯气量，保证反应温度的平稳，反应槽内反应产生尾气通过顶部尾气管送至尾气吸收装置，液相介质在经过多个反应单元槽内氯化后，反应生成符合质量指标要求的氯代碳酸乙烯酯，生成成品在经过成品缓冲储存槽的自循环功能，是产品品质均一，稳定。本发明可以通过增加配套的中间反应单元侧和冷却单元侧，可以有效增加原料的光照时间，增加投料量。
51.实施例1
52.一种连续生产气液相氯化的工艺，包括以下操作步骤：
53.1.选择适合本实施例所用的紫外光，紫外光的波长选用为250～400nm，
54.2.将碳酸乙烯酯加热至60℃后，通过调节阀控制根据流量计进入反应器中，碳酸乙烯酯流速为0.1～0.5m3/h；
55.3.将氯加热至25-40℃后，通过气体流量计通入各反应单元中，总氯气流速为150～600kg/h，氯气通过氯气分布器在反应单元鼓泡；
56.4.2与3步骤中碳酸乙烯酯与氯气同时反应进料单元中进行反应，反应单元中温度设置为60～90℃，各反应单元根据放热和成品指标情况调整氯气通入各反应单元的氯气通量；
57.5.碳酸乙烯酯与总氯气摩尔比为1:1.2，待物料转移至反应出料单元，微通道反应器中温度设置为60℃，即反应结束后，可得高纯度的氯代碳酸乙烯酯，其含量大于90％，碳酸乙烯酯转化率为93.26％，双氯产物含量为4.59％。
58.实施例2
59.在实施例1的基础上，一种连续生产气液相氯化的工艺，包括以下操作步骤：
60.1.选择适合本实施例所用的紫外光，紫外光的波长选用为250～400nm。
61.2.将碳酸乙烯酯加热至60℃后，通过调节阀控制根据流量计进入反应器中，碳酸乙烯酯流速为0.1～0.5m3/h；
62.3.将氯加热至25-40℃后，通过气体流量计通入各反应单元中，总氯气流速为150
～600kg/h，氯气通过氯气分布器在反应单元鼓泡；
63.4.2与3步骤中碳酸乙烯酯与氯气同时反应进料单元中进行反应，反应单元中温度设置为60～90℃，各反应单元根据放热和成品指标情况调整氯气通入各反应单元的氯气通量；
64.5.碳酸乙烯酯与总氯气摩尔比为1:1.2，微通道反应器中温度设置为75℃，待物料转移至反应出料单元，即反应结束后，可得高纯度的氯代碳酸乙烯酯，其含量大于90％，碳酸乙烯酯转化率为94.21％，双氯产物含量为3.75％。
65.实施例3
66.在实施例2的基础上，一种连续生产气液相氯化的工艺，包括以下操作步骤：
67.1.选择适合本实施例所用的紫外光，紫外光的波长选用为250～400nm，
68.2.将碳酸乙烯酯加热至60℃后，通过调节阀控制根据流量计进入反应器中，碳酸乙烯酯流速为0.1～0.5m3/h；
69.3.将氯加热至25-40℃后，通过气体流量计通入各反应单元中，总氯气流速为150～600kg/h，氯气通过氯气分布器在反应单元鼓泡；
70.4.2与3步骤中碳酸乙烯酯与氯气同时反应进料单元中进行反应，反应单元中温度设置为60～90℃，各反应单元根据放热和成品指标情况调整氯气通入各反应单元的氯气通量；
71.5.碳酸乙烯酯与总氯气摩尔比为1:1.4，微通道反应器中温度设置为75℃，待物料转移至反应出料单元，即反应结束后，可得高纯度的氯代碳酸乙烯酯，其含量大于90％，碳酸乙烯酯转化率为92.21％，双氯产物含量为4.32％。
72.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的设备，其特征在于，所述设备包括反应装置单元、原料进料单元、紫外光反射器、氯气进料单元与成品缓冲储存单元；所述反应装置单元分别与原料进料单元、氯气进料单元、成品缓冲储存单元之间通过管道连接设置，所述反应装置单元包括一个进料反应单元侧、多个冷却单元侧、至少2个中间反应单元侧和一个成品出料单元侧；所述反应装置单元中，进料反应单元侧、中间反应单元侧、相邻的两个中间反应单元侧、成品出料单元侧每两个单元之间设置有一个冷却单元侧，所述紫外光发射器安装在每个冷却单元侧上。2.根据权利要求1所述的一种连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的设备，其特征在于，所述氯气进料单元包括加热器与流量计。3.根据权利要求1所述的一种连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的设备，其特征在于，所述成品缓冲储存单元包括成品缓冲储存槽和成品循环输送泵。4.根据权利要求1所述的一种连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的设备，其特征在于，所述原料进料单元包括加热器与流量计。5.根据权利要求1所述的一种连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的设备，其特征在于，所述进料反应单元侧设有氯气分布器。6.一种连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的工艺，其特征在于，所述工艺采用权利要求1-5任一项所述的连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的设备，包括以下步骤：1)提供紫外光；2)加热碳酸乙烯酯，调节进入反应装置单元碳酸乙烯酯的流量；3)加热氯气，调节进入反应装置单元氯气的流量；4)步骤2)进入后的碳酸乙烯酯与步骤3)进入后的氯气进行反应；5)生成的成品气液相氯代碳酸乙烯酯进入成品缓冲储存单元，得到氯代碳酸乙烯酯。7.根据权利要求6所述的一种连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的工艺，其特征在于，步骤1)中，紫外光的波长为250-400nm。8.根据权利要求6所述的一种连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的工艺，其特征在于，步骤2)中，碳酸乙烯酯加热至55-60℃，碳酸乙烯酯流速为0.1～0.5m3/h。9.根据权利要求6所述的一种连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的工艺，其特征在于，步骤3)中，氯气加热至25-40℃，总氯气流速为150～600kg/h。10.根据权利要求6所述的一种连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的工艺，其特征在于，步骤4)中，碳酸乙烯酯与总氯气摩尔比为1:1.2～1.4，反应条件为反应温度60-80℃，反应压力0.01-0.2mpa。

技术总结
本发明公开了一种连续生产气液相氯代碳酸乙烯酯的设备及工艺，包括反应装置单元、原料进料单元、紫外光反射器、氯气进料单元与成品缓冲储存单元；所述反应装置单元包括一个进料反应单元侧、多个冷却单元侧、至少2个中间反应单元侧和一个成品出料单元侧；所述反应装置单元中，进料反应单元侧、中间反应单元侧、相邻的两个中间反应单元侧、成品出料单元侧每两个单元之间设置有一个冷却单元侧，所述紫外光发射器安装在每个冷却单元侧上。采用本发明的工艺及设备，增加光照和氯化反应时间，实现连续化生产氯代碳酸乙烯酯，提高生产效率；优化生产装置的空间布局，提升安全生产。提升安全生产。提升安全生产。


技术研发人员：朱志奇 周杰 俞黎良 杨志昕
受保护的技术使用者：杭州电化新材料有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/9