Page 219 - 《精细化工》2023年第2期

第 40 卷第 2 期 精 细 化 工 Vol.40, No.2
20 23 年 2 月 FINE CHEMICALS Feb. 2023

精细化工中间体
应用微反应器合成碳酸丙烯酯的工艺与模拟

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贺同强 ，李明燃 ，蒋宾伟 ，任伟民
（1. 中海油石化工程有限公司，山东 济南 250000；2. 大连理工大学 化工学院，辽宁 大连 116023）
摘要：应用分子内双功能催化剂，设计了利用环氧丙烷和 CO 2 偶合反应合成碳酸丙烯酯（PC）的连续微通道工
艺。考察了催化剂用量、反应温度、反应压力、CO 2 与环氧丙烷物质的量比对 PC 收率的影响，通过 Fluent 软件
模拟微通道中气液混合情况，研究了不同工况对环氧丙烷与 CO 2 混合效果的影响。结果显示，即使在较温和条
件（120 ℃、1.5 MPa）和催化剂用量为 0.5‰（以环氧丙烷物质的量为基准，下同）下，环氧丙烷仍可高效地
转化为 PC，反应 30 s 环氧丙烷转化率可达 78%。在相同条件下，微通道反应工艺转化速率是传统釜式反应工
艺的 1.8 倍，表明所设计的微通道反应工艺对反应过程中气液混合传质具有显著强化作用，影响气液混合的关
键因素为气体扰动。
关键词：微反应器；CO 2 ；环状碳酸酯；气液混合；Fluent 模拟；精细化工中间体
中图分类号：TQ225.5 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2023) 02-0441-07

Synthesis process and simulation of propylene carbonate in microreactor

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HE Tongqiang , LI Mingran , JIANG Binwei , REN Weimin
（1. CNOOC Petrochemical Engineering Co., Ltd., Jinan 250000, Shandong, China; 2. School of Chemical Engineering,
Dalian University of Technology, Dalian 116023, Liaoning, China）
Abstract: A continuous microreactor process for propylene carbonate (PC) synthesis via coupling reaction
of propylene oxide and CO 2 was designed using an intramolecular bifunctional catalyst. The effects of
catalyst dosage, reaction temperature, reaction pressure, and molar ratio of CO 2 to propylene oxide on PC
yield were then investigated. Moreover, the influence of different working conditions on the mixing effect
of propylene oxide and CO 2 were analyzed based on Fluent simulation of the gas-liquid mixing in the
microchannel. The results showed that propylene oxide could be efficiently converted to corresponding PC
even at mild conditions (120 ℃, 1.5 MPa), lower catalyst dosage 0.5‰ (based on the amount of substance
propylene oxide, the same below) with a conversion rate of 78% within 30 s. Under the same conditions,
the conversion rate of the microchannel reaction process was 1.8-fold that of the traditional kettle reaction
process, indicating significant enhancement of gas-liquid mass transfer in the designed microchannel
reaction process. The gas disturbance played a key role in gas-liquid mixing.
Key words: microreactor; CO 2; cyclic carbonate; gas-liquid mixing; Fluent simulation; fine chemical
intermediates

2021 年，中国正式开始碳达峰、碳中和的双碳 如，可由环氧丙烷（PO）与 CO 2 偶合合成碳酸丙烯
方针实施工作，一方面要做到节能减排，另一方面 酯（PC），再由 PC 与甲醇酯交换得到碳酸二甲酯
（DMC）。一方面，该方案 CO 2 利用率高；另一方面，
需要对二氧化碳（CO 2 ）进行捕集并利用，实现 CO 2
资源化利用已成为当前双碳布局的最佳出路 [1-2] 。由环 PC、DMC 等碳酸酯系列产品为锂离子电池电解质重
氧烷烃与 CO 2 偶合合成环状碳酸酯是目前实现 CO 2 向 要组成部分，所占质量分数达 80%。随着中国大力发
高附加值产品转化为数不多的有效优质方案 [3-4] 。例 展新能源，锂离子电池电解质的用量与日俱增，利用

收稿日期：2022-06-08; 定用日期：2022-10-18; DOI: 10.13550/j.jxhg.20220537
基金项目：中央高校基本科研业务费资助（DUT20TD111）
作者简介：贺同强（1983—），男，高级工程师，E-mail：hetq@cnooc.com.cn。联系人：任伟民（1981—），男，教授，E-mail：wmren@
dlut.edu.cn。