一种联产碳酸二甲酯和乙二醇的系统和工艺技术方案

本发明专利技术提供了一种联产碳酸二甲酯和乙二醇的系统和工艺。所述系统包括相互连接的碳酸乙烯酯制备单元和碳酸乙烯酯醇解单元；所述碳酸乙烯酯制备单元包括相互连接的固定床反应器和脱轻罐；所述固定床反应器内填充有固载离子液体催化剂。所述工艺包括如下步骤：以二氧化碳和环氧乙烷为原料，在所述固定床反应器中反应，生成碳酸乙烯酯，纯化后与醇解反应催化剂混合，在反应精馏塔中与甲醇反应，生成碳酸二甲酯和乙二醇。本发明专利技术提供的工艺提高了环氧乙烷的转化率，且避免了传统均相催化剂与碳酸乙烯酯分离的工序，从而降低了工艺能耗，简化了工艺流程。

A system and process for the co production of two methyl carbonate and ethylene glycol

The invention provides a system and process for CO producing two methyl carbonate and ethylene glycol. The system includes a preparation unit of ethylene carbonate and ethylene carbonate alcoholysis unit are connected with each other; the ethylene carbonate preparation unit comprises a fixed bed reactor is connected to each other and to remove the light tank; the fixed bed reactor filled with immobilized ionic liquid catalyst. The process comprises the following steps: using carbon dioxide and ethylene oxide as raw materials, the reaction in the fixed bed reactor, generating ethylene carbonate, after purification and alcoholysis reaction catalyst mixed with methanol in the reaction distillation tower, the two generation of carbonate and ethylene glycol methyl ester. The process provided by the invention improves the conversion rate of ethylene oxide and avoids the separation process between traditional homogeneous catalyst and ethylene carbonate, thereby reducing the process energy consumption and simplifying the technological process.

【技术实现步骤摘要】
一种联产碳酸二甲酯和乙二醇的系统和工艺
本专利技术属于化工
，具体涉及一种联产碳酸二甲酯和乙二醇的系统和工艺。
技术介绍
碳酸二甲酯(DimethylCarbonate，DMC)，是一种无毒、环保性能优异、用途广泛的化工原料，是一种重要的有机合成中间体，分子结构中含有羰基、甲基和甲氧基等官能团，具有多种反应性能。乙二醇(EthyleneGlycol，EG)，可用作溶剂、防冻剂。而且乙二醇的高聚物聚乙二醇具有良好的水溶性，并与许多有机物组分有良好的相溶性，在化妆品、制药、化纤、橡胶、塑料、造纸、油漆、电镀、农药、金属加工及食品加工等行业中均有着极为广泛的应用。通常，工业上采用环氧乙烷与二氧化碳反应生成碳酸乙烯酯，再与甲醇发生醇解反应，来制备碳酸二甲酯和乙二醇。环氧乙烷化学性质非常活泼，能与许多化合物发生开环加成反应。在与二氧化碳开环生成碳酸乙烯酯过程中，同样会放出大量热量，所以在反应过程中需要及时移除反应热，以避免催化剂在高温下失活。在传统的由环氧乙烷为原料制备碳酸二甲酯和乙二醇的工艺方法中，常采用均相催化剂催化环氧乙烷与二氧化碳生产碳酸乙烯酯。催化剂在进入醇解反应前必须分离后循环使用以降低生产成本。同时由于碳酸乙烯酯存在高沸点、低蒸汽压等特性，在与催化剂分离时需要较高的真空度以及能耗。CN1432557A公开了一种间歇反应釜内生产碳酸乙烯酯的方法，环氧乙烷反应转化率较高，但后续需有碳酸乙烯酯与催化剂分离循环工序，工艺复杂，能耗较高。US4233221公开了一种气相固定床生产工艺，原料环氧乙烷与大量的二氧化碳组成的混合气体在反应器内接触反应，碳酸乙烯酯收率仅87％，反应放出热量全部靠生成碳酸乙烯酯带出，床层温度不易控制，同时生成的碳酸乙烯酯需要脱除大量残留的环氧乙烷后才能进行后续操作，工艺流程复杂。分离纯化后的碳酸乙烯酯进入醇解单元与甲醇反应，生成碳酸二甲酯与乙二醇。由于该反应是个平衡反应，因此碳酸乙烯酯的转化率易受化学平衡影响。为了提高原料利用率，工业上通常将产物碳酸二甲酯和/或乙二醇中混有的未反应的甲醇提纯后返回醇解单元与中。但是返回的甲醇也不可能是纯净物，其不可避免地含有产物碳酸二甲酯和乙二醇。如果返回的甲醇纯度太低，就会影响碳酸二甲酯和乙二醇反应化学平衡的移动，导致碳酸乙烯酯的转化率(碳酸二甲酯和乙二醇的产率)下降。为了不影响碳酸乙烯酯的转化率，通常要求返回的甲醇具有较高的纯度，如CN1102826A要求返回的甲醇的纯度不低于99wt％，但这也意味着需要消耗较高的能量对甲醇进行提纯。因此，如何避免传统均相催化剂与碳酸乙烯酯分离的工序，简化工艺流程，并且在不影响碳酸乙烯酯转化率的前提下，降低返回的甲醇的纯度以降低能耗，是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种联产碳酸二甲酯和乙二醇的系统和工艺。该工艺提高了环氧乙烷的转化率，且避免了传统均相催化剂与碳酸乙烯酯分离的工序，降低了工艺能耗，简化了工艺流程。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供一种联产碳酸二甲酯和乙二醇的系统，包括相互连接的碳酸乙烯酯制备单元和碳酸乙烯酯醇解单元；所述碳酸乙烯酯制备单元包括相互连接的固定床反应器和脱轻罐；所述固定床反应器内填充有固载离子液体催化剂。本专利技术中固载离子液体催化剂优选CN102516220A、CN101318949A、CN103172608A、CN102391241A或CN102336736A公开的任意一种或至少两种固载离子液体催化剂。作为本专利技术的优选技术方案，所述固定床反应器上设置有撤热装置。二氧化碳与环氧乙烷的反应为放热反应，为避免催化剂失活，需要对固定床反应器进行撤热。本专利技术对撤热的方式不做具体限定，可以列举的有用循环水撤热，或将热量用于原料的预热等。优选地，所述脱轻罐的顶出料口与所述固定床反应器的二氧化碳进料口连接。优选地，所述脱轻罐的顶出料口与所述固定床反应器的二氧化碳进料口之间的管道上设置有压缩机。作为本专利技术的优选技术方案，所述碳酸乙烯酯醇解单元包括反应精馏塔。优选地，所述脱轻罐的底出料口与所述反应精馏塔的碳酸乙烯酯进料口连接，且所述脱轻罐的底出料口与所述反应精馏塔的碳酸乙烯酯进料口之间的管道上设置有醇解反应催化剂进料口。优选地，所述反应精馏塔上的碳酸乙烯酯进料口高于甲醇进料口。通过调节碳酸乙烯酯进料口和甲醇进料口的位置，能够使碳酸乙烯酯与甲醇在反应精馏塔中逆向流动接触，反应更加充分，从而提高碳酸乙烯酯的转化率。作为本专利技术的优选技术方案，所述系统还包括与所述碳酸乙烯酯醇解单元连接的碳酸二甲酯精制单元。优选地，所述碳酸二甲酯精制单元包括相互连接的高压提浓塔和低压精制塔。优选地，所述反应精馏塔的顶出料口与所述高压提浓塔的进料口连接，所述高压提浓塔的底出料口与所述低压精制塔的进料口连接。优选地，所述高压提浓塔的顶出料口与所述反应精馏塔的甲醇进料口连接。高压提浓塔顶部物料蒸汽的温度较高，可与反应精馏塔再沸器或低压精制塔再沸器等进行热量耦合集成，以降低工艺能耗。优选地，所述低压精制塔的顶出料口与所述高压提浓塔的进料口连接。作为本专利技术的优选技术方案，所述系统还包括与所述碳酸乙烯酯醇解单元连接的乙二醇精制单元。优选地，所述乙二醇精制单元包括依次连接的乙二醇脱轻塔、水解反应器和乙二醇精制塔。优选地，所述反应精馏塔的底出料口与所述乙二醇脱轻塔的进料口连接，所述乙二醇脱轻塔的底出料口与所述水解反应器的进料口连接，所述水解反应器的出料口与所述乙二醇精制塔的进料口连接。优选地，所述乙二醇脱轻塔的顶出料口与所述反应精馏塔的甲醇进料口连接。另一方面，本专利技术提供一种利用上述系统联产碳酸二甲酯和乙二醇的工艺，包括如下步骤：(1)向固定床反应器中通入原料二氧化碳和环氧乙烷，使二者接触反应生成碳酸乙烯酯，反应产物和未反应的原料进入脱轻罐中进行分离；(2)从所述脱轻罐底部采出碳酸乙烯酯，与醇解反应催化剂混合后，在反应精馏塔中与甲醇反应，生成碳酸二甲酯和乙二醇。本专利技术采用填充有固载离子液体催化剂的固定床反应器制备碳酸乙烯酯，反应更加充分，能够提高环氧乙烷的转化率；固载离子液体催化剂不会被反应产物带出，避免了传统均相催化剂与碳酸乙烯酯分离的工序，降低了工艺能耗，简化了工艺流程。作为本专利技术的优选技术方案，所述工艺还包括将所述脱轻罐顶部采出的二氧化碳经压缩机增压后返回至所述固定床反应器中。优选地，步骤(1)中所述二氧化碳和环氧乙烷的进料摩尔比为1.2-10:1；例如可以是1.2:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1、5.5:1、6:1、6.5:1、7:1、7.5:1、8:1、8.5:1、9:1、9.5:1或10:1等。优选地，所述固定床反应器内的压力为1.5-6MPa，例如可以是1.5MPa、2MPa、2.5MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa、5MPa、5.5MPa或6MPa等；温度为80-200℃，例如可以是80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃或200℃等。优选地，所述脱轻罐内的压力为1-100kPa，例如可以是1kPa、10k本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种联产碳酸二甲酯和乙二醇的系统，其特征在于，所述系统包括相互连接的碳酸乙烯酯制备单元和碳酸乙烯酯醇解单元；所述碳酸乙烯酯制备单元包括相互连接的固定床反应器和脱轻罐；所述固定床反应器内填充有固载离子液体催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种联产碳酸二甲酯和乙二醇的系统，其特征在于，所述系统包括相互连接的碳酸乙烯酯制备单元和碳酸乙烯酯醇解单元；所述碳酸乙烯酯制备单元包括相互连接的固定床反应器和脱轻罐；所述固定床反应器内填充有固载离子液体催化剂。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述固定床反应器上设置有撤热装置；优选地，所述脱轻罐的顶出料口与所述固定床反应器的二氧化碳进料口连接；优选地，所述脱轻罐的顶出料口与所述固定床反应器的二氧化碳进料口之间的管道上设置有压缩机。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述碳酸乙烯酯醇解单元包括反应精馏塔；优选地，所述脱轻罐的底出料口与所述反应精馏塔的碳酸乙烯酯进料口连接，且所述脱轻罐的底出料口与所述反应精馏塔的碳酸乙烯酯进料口之间的管道上设置有醇解反应催化剂进料口；优选地，所述反应精馏塔上的碳酸乙烯酯进料口高于甲醇进料口。4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述碳酸乙烯酯醇解单元连接的碳酸二甲酯精制单元；优选地，所述碳酸二甲酯精制单元包括相互连接的高压提浓塔和低压精制塔；优选地，所述反应精馏塔的顶出料口与所述高压提浓塔的进料口连接，所述高压提浓塔的底出料口与所述低压精制塔的进料口连接；优选地，所述高压提浓塔的顶出料口与所述反应精馏塔的甲醇进料口连接；优选地，所述低压精制塔的顶出料口与所述高压提浓塔的进料口连接。5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述碳酸乙烯酯醇解单元连接的乙二醇精制单元；优选地，所述乙二醇精制单元包括依次连接的乙二醇脱轻塔、水解反应器和乙二醇精制塔；优选地，所述反应精馏塔的底出料口与所述乙二醇脱轻塔的进料口连接，所述乙二醇脱轻塔的底出料口与所述水解反应器的进料口连接，所述水解反应器的出料口与所述乙二醇精制塔的进料口连接；优选地，所述乙二醇脱轻塔的顶出料口与所述反应精馏塔的甲醇进料口连接。6.一种利用权利要求1-5任一项所述的系统联产碳酸二甲酯和乙二醇的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：(1)向固定床反应器中通入原料二氧化碳和环氧乙烷，使二者接触反应生成碳酸乙烯酯，反应产物和未反应的原料进入脱轻罐中进行分离；(2)从所述脱轻罐底部采出碳酸乙烯酯，与醇解反应催化剂混合后，在反应精馏塔中与甲醇反应，生成碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：成卫国，董丽，苏倩，陈嵩嵩，张军平，张锁江，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11