一种酯交换法制备碳酸二甲酯的装置和工艺制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种酯交换法制备碳酸二甲酯的装置和工艺，特别是由含有1,2‑丙二醇的碳酸丙烯酯混合物或含有乙二醇的碳酸乙烯酯混合物或碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯与甲醇进行酯交换反应制备碳酸二甲酯的工艺，包括：一级配料、二级配料、预反应、反应、反应产物提浓、加压精馏和碳酸二甲酯精制步骤。本发明专利技术具有原料适用范围广、碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯的转化效率高、碳酸二甲酯的选择性高，以及生产过程高效、节能、连续稳定、易操作和产品纯度高等优点。

A device and process for the preparation of dimethyl carbonate by Transesterification

【技术实现步骤摘要】
一种酯交换法制备碳酸二甲酯的装置和工艺
本专利技术涉及一种酯交换法制备碳酸二甲酯的装置和工艺，特别是由含有1,2-丙二醇的碳酸丙烯酯混合物或含有乙二醇的碳酸乙烯酯混合物或碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯与甲醇进行酯交换反应制备碳酸二甲酯的工艺，属于化工领域。
技术介绍
碳酸二甲酯是一种新型低毒的环境友好型绿色基础化工原料，可替代有毒溶剂用于油漆、涂料、胶黏剂、喷雾剂、皮革鞣制、油墨等行业；可作为医药、农药、聚碳酸酯等物质合成的原料；还可作为汽/柴油添加剂，以及锂离子电池电解液等。碳酸二甲酯的制备方法主要有甲醇光气法、甲醇气相氧化羰化法、甲醇液相氧化羰化法、碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯甲醇酯交换法、尿素甲醇醇解法、二氧化碳甲醇直接合成法、二甲醚氧化羰基化法等。其中酯交换法因反应条件温和，反应产物中碳酸二甲酯的浓度高而备受业界青睐，也是我国工业上碳酸二甲酯的主要制备方法。美国专利US6365767公开了一种在碱金属、碱土金属或他们的混合物催化剂存在下，由摩尔比为1~20的碳酸亚烷基酯与链烷醇，在20~300℃，14~4000psig（0.097~27.576MPa）的条件下合成了碳酸二烷基酯。中国专利CN1235865C公布了一种联合生产碳酸二甲酯和丙二醇的工艺，其中涉及到了由碳酸丙烯酯和甲醇制备碳酸二甲酯的工艺。该专利中，将碳酸丙烯酯、甲醇和甲醇碱金属催化剂在原料配料罐中混合，混合物中甲醇与碳酸丙烯酯的摩尔比为6~12:1，甲醇碱金属催化剂的含量为混合物总重量的0.05~1.0wt%。所得混合物送入反应精馏塔中，反应精馏塔的塔釜通入1股来源于丙二醇粗蒸塔塔顶气相凝液的甲醇。碳酸丙烯酯与甲醇在反应精馏塔内反应制备碳酸二甲酯，反应温度为55~85℃，压力为0~0.7MPa，回流比为0.1~7.0，反应停留时间为0.5~2小时。反应精馏塔塔顶馏出含有碳酸二甲酯物质送入共沸物加压精馏塔，塔釜液送入丙二醇粗蒸塔。这种工艺存在反应精馏负荷大、效率低、能耗高等缺点。中国专利CN104557554A公开了一种酯交换法连续化生产碳酸二甲酯联产1,2-丙二醇的方法，其中涉及到了由碳酸丙烯酯和甲醇制备碳酸二甲酯的方法。其特征在于将碳酸丙烯酯、甲醇和甲醇碱金属催化剂送入混料罐进行混合，混合物中甲醇与碳酸丙烯酯的摩尔比为6~12:1，甲醇金属催化剂的含量为混合物总重量的0.05~1.0wt%。所得混合物送入反应精馏塔中，反应精馏塔的塔釜通入1股来源于甲醇回收塔塔顶气相经冷凝所得的液相甲醇。碳酸丙烯酯与甲醇在合成塔（反应精馏塔）中的反应温度为70~75℃，压力为常压，回流比为1.0~3.0，反应停留时间为0.5小时。反应精馏塔的塔顶采出甲醇与碳酸二甲酯的共沸组成产物去加压塔，塔釜液送入甲醇回收塔。中国专利CN101774888A公开了一种碳酸二甲酯生产过程中高品质丙二醇的提纯新工艺，其中涉及到了甲醇与碳酸丙烯酯反应制备碳酸二甲酯的反应精馏，具体是：将碳酸丙烯酯、甲醇以及催化剂甲醇钠混合送入反应精馏塔中，控制反应精馏塔中甲醇与碳酸丙烯酯的摩尔比为8~15:1，控制反应精馏塔中每层塔盘上催化剂甲醇钠的含量在0.20%~0.80%（质量百分率）。反应精馏塔塔顶得到的甲醇与碳酸二甲酯的共沸物去萃取精馏分离。萃取精馏塔塔顶分离出的甲醇用于碳酸丙烯酯、甲醇以及催化剂甲醇钠混合配料，然后再进入反应精馏塔中。反应精馏塔的釜液去后续分离。后续分离出的甲醇用于碳酸丙烯酯、甲醇以及催化剂甲醇钠的混合配料，然后进入反应精馏塔。这两种方法存在反应精馏负荷大、效率低、能耗高等缺点。中国专利CN2032810566U公布了一种酯交换法生产碳酸二甲酯工艺中碳酸二甲酯与甲醇共沸物的分离装置，其特征在于加压精馏塔塔顶物料经反应精馏塔再沸器换热后，一部分回流到加压精馏塔，另一部分直接进入反应精馏塔进行常压精馏，并参与反应。但是，由于加压精馏塔塔顶气相所携带的热量与反应精馏塔塔釜再沸器所需要的热量较难精确匹配，使得反应精馏塔及加压塔的均很难平稳操作。中国专利CN106699565A公开了一种用于碳酸二甲酯装置节能及方法，其特征在于，碳酸丙烯酯、甲醇与甲醇碱催化剂混合物料经换热器后进入反应精馏塔，进行初步反应分流，反应生成的丙二醇自塔釜底部排出去丙二醇精制塔，生成的碳酸二甲酯与甲醇共沸物自塔顶冷凝器冷凝后一部分回流至反应精馏塔，一部分共沸物进入加压精馏塔进行加压精馏。加压精馏塔的塔顶气相组分与反应精馏塔的塔釜再沸器进行热交换后，所得液相组分的一部分用于加压精馏塔的塔顶回流，另一部分进入甲醇精馏塔分离。甲醇精馏塔中塔釜回收的粗甲醇，再利用，塔顶气相组分经过精馏热泵升温加压后作为甲醇精馏塔再沸器的热源，再沸器排出物分别经反应精馏塔进料预热器和冷凝器冷却，冷却后的共沸物分两路，一路去反应精馏塔做回流，一路去后续反应单元。此方法虽然能够对热量进行综合利用，但因为热量匹配等原因，使得整个系统的难于稳定操作，同时也影响反应精馏塔的效率。中国专利CN201848113U公布了一种新型碳酸二甲酯反应精馏塔，其特征在于，所述的精馏塔包括空冷器，所述空冷器连接在所述填料层与所述水冷器之间。中国专利CN201848231U公布了碳酸二甲酯混料进料装置，包括1个管道混合器和反应塔，其特征在于包括并联的进料管道。三股物料同时进入管道混合器，且进行了电伴热预热，容易使得局部催化剂浓度过浓而导致副产物的生成。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种易于稳定操作、节能、高效、碳酸丙酯酯转化率高、副产物少、原料适用范围广、切实可行的酯交换法连续制备高纯度碳酸二甲酯的装置和工艺。本专利技术提供了一种酯交换法制备碳酸二甲酯的装置，包括一级管道混合器、二级管道混合器、预反应器、反应塔、反应塔再沸器、提浓塔、提浓塔再沸器、一级空冷器、二级空冷器、提浓塔凝液罐、冷却器、一级换热器、二级换热器、加压塔进料加热器、加压塔凝液罐、加压塔塔顶冷凝器、加压塔、加压塔再沸器、精制塔、精制塔塔顶冷凝器、精制塔凝液罐、精制塔再沸器；一级管道混合器的一端设有甲醇钠或甲醇钾的甲醇溶液的入口，临近甲醇钠或甲醇钾的甲醇溶液入口的管道侧壁设有新鲜甲醇的入口，一级管道混合器的另一端设有混合液出口，通往二级管道混合器；二级管道混合器的一端设有接收从一级管道混合器流出的混合液的入口，临近该入口的管道侧壁设有含有1,2-丙二醇的碳酸丙烯酯混合物或含有乙二醇的碳酸乙烯酯混合物或碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯液体的入口，二级管道混合器的另一端设有混合液出口，通往二预反应器；预反应器的一端设有接收从二级管道混合器流出的液体的入口，另一端设有出口，通往反应塔的中上部；反应塔顶部设有气相出口，通往提浓塔中部。反应塔底部设有液体出口，与设在反应塔再沸器底部的液相入口相连，同时用于采出甲醇、甲醇钠或甲醇钾，以及多元醇的混合物。反应塔再沸器顶部设有气相出口，与设在反应塔塔釜中上部的气相入口相连。反应塔底部的液体出口与反应塔再沸器，以及反应塔塔釜气相入口构成一循环回路。提浓塔顶部设有气相出口，通往一级空冷器。一级空冷器的顶部设有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种酯交换法制备碳酸二甲酯的装置，其特征在于：包括一级管道混合器、二级管道混合器、预反应器、反应塔、反应塔再沸器、提浓塔、提浓塔再沸器、一级空冷器、二级空冷器、提浓塔凝液罐、冷却器、一级换热器、二级换热器、加压塔进料加热器、加压塔凝液罐、加压塔塔顶冷凝器、加压塔、加压塔再沸器、精制塔、精制塔塔顶冷凝器、精制塔凝液罐、精制塔再沸器；/n一级管道混合器的一端设有甲醇钠或甲醇钾的甲醇溶液入口，临近甲醇钠或甲醇钾的甲醇溶液的入口的管道侧壁设有新鲜甲醇的入口，一级管道混合器的另一端设有混合液出口，通往二级管道混合器；/n二级管道混合器的一端设有接收从一级管道混合器流出的混合液的入口，临近该入口的管道侧壁设有含有1,2-丙二醇的碳酸丙烯酯混合物或含有乙二醇的碳酸乙烯酯混合物或碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯液体的入口，二级管道混合器的另一端设有混合液出口，通往预反应器；/n预反应器的一端设有接收从二级管道混合器流出的液体的入口，另一端设有出口，通往反应塔的中上部；/n反应塔顶部设有气相出口，通往提浓塔中部；反应塔底部设有液体出口，与设在反应塔再沸器底部的液相入口相连，同时用于采出甲醇、甲醇钠或甲醇钾，以及多元醇的混合物；反应塔再沸器顶部设有气相出口，与设在反应塔塔釜中上部的气相入口相连；反应塔底部的液体出口与反应塔再沸器，以及反应塔塔釜气相入口构成一循环回路；/n提浓塔顶部设有气相出口，通往一级空冷器；一级空冷器的顶部设有气相出口，通往二级空冷器；一级空冷器和二级空冷器的底部设有液体出口，通往提浓塔凝液罐；提浓塔凝液罐底部设有2个液体出口，一个与设在提浓塔顶部的回流口相连，一个通往一级换热器；提浓塔顶部的气相出口与一级空冷器、二级空冷器、提浓塔凝液罐，以及提浓塔顶部回流口相连，构成一个循环回路；提浓塔底部设有液体出口，与设在提浓塔再沸器底部的液相入口相连，同时用于采出循环甲醇；提浓塔再沸器顶部设有气相出口，与设在提浓塔塔釜中上部的气相入口相连，提浓塔底部的液体出口与提浓塔再沸器，以及提浓塔塔釜中上部的气相入口构成一个循环回路；提浓塔中部设有液体入口，用于接收来自冷却器的液体；/n提浓塔凝液罐底部另一个液体出口与一级换热器的入口相连；一级换热器的出口与二级换热器的入口相连；二级换热器的出口与加压塔进料加热器相连；加压塔进料加热器的出口与加压塔中部的进料口相连；/n加压塔塔顶设有气相出口，该气相出口与加压塔塔顶冷凝器相连；加压塔塔顶冷凝器又与加压塔凝液罐相连，加压塔凝液罐底部设有2个液体出口，其中的一个与设在加压塔上部的回流液入口相连；加压塔塔顶的气相出口与加压塔塔顶冷凝器、加压塔凝液罐的一个液体出口、以及加压塔回流液入口构成一个回路；加压塔凝液罐底部的另一个出口与二级换热器相连，二级换热器再与冷却器相连；冷却器再与设在提浓塔中部的液体入口相连；/n加压塔底部设有设有两个液体出口，其中的一个与加压塔再沸器的液体入口相连；加压塔再沸器的气相出口与设在加压塔塔釜中上部的气相入口相连，这些链接构成了一个循环回路；加压塔塔釜的另一个液体出口，与一级换热器相连，一级换热器再与精制塔相连；/n精制塔塔顶设有气相出口，该气相出口与精制塔塔顶冷凝器相连；精制塔塔顶冷凝器再与精制塔凝液罐相连；精制塔凝液罐底部设有液相出口，该液相出口分别与精制塔上部所设的回流液入口和提浓塔凝液罐相连；精制塔塔顶气相出口、精制塔塔顶冷凝器与精制塔上部所设的回流液入口构成一个循环回路；精制塔底部设有2个液体出口，一个与精制塔再沸器相连，另一个用于采出碳酸二甲酯产品；精制塔再沸器设有气相出口，该出口与设在精制塔塔釜中上部的气相入口相连；精制塔塔底液相出口、精制塔再沸器、以及精制塔塔釜中上部的气相入口构成一个循环回路。/n...

【技术特征摘要】
1.一种酯交换法制备碳酸二甲酯的装置，其特征在于：包括一级管道混合器、二级管道混合器、预反应器、反应塔、反应塔再沸器、提浓塔、提浓塔再沸器、一级空冷器、二级空冷器、提浓塔凝液罐、冷却器、一级换热器、二级换热器、加压塔进料加热器、加压塔凝液罐、加压塔塔顶冷凝器、加压塔、加压塔再沸器、精制塔、精制塔塔顶冷凝器、精制塔凝液罐、精制塔再沸器；
一级管道混合器的一端设有甲醇钠或甲醇钾的甲醇溶液入口，临近甲醇钠或甲醇钾的甲醇溶液的入口的管道侧壁设有新鲜甲醇的入口，一级管道混合器的另一端设有混合液出口，通往二级管道混合器；
二级管道混合器的一端设有接收从一级管道混合器流出的混合液的入口，临近该入口的管道侧壁设有含有1,2-丙二醇的碳酸丙烯酯混合物或含有乙二醇的碳酸乙烯酯混合物或碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯液体的入口，二级管道混合器的另一端设有混合液出口，通往预反应器；
预反应器的一端设有接收从二级管道混合器流出的液体的入口，另一端设有出口，通往反应塔的中上部；
反应塔顶部设有气相出口，通往提浓塔中部；反应塔底部设有液体出口，与设在反应塔再沸器底部的液相入口相连，同时用于采出甲醇、甲醇钠或甲醇钾，以及多元醇的混合物；反应塔再沸器顶部设有气相出口，与设在反应塔塔釜中上部的气相入口相连；反应塔底部的液体出口与反应塔再沸器，以及反应塔塔釜气相入口构成一循环回路；
提浓塔顶部设有气相出口，通往一级空冷器；一级空冷器的顶部设有气相出口，通往二级空冷器；一级空冷器和二级空冷器的底部设有液体出口，通往提浓塔凝液罐；提浓塔凝液罐底部设有2个液体出口，一个与设在提浓塔顶部的回流口相连，一个通往一级换热器；提浓塔顶部的气相出口与一级空冷器、二级空冷器、提浓塔凝液罐，以及提浓塔顶部回流口相连，构成一个循环回路；提浓塔底部设有液体出口，与设在提浓塔再沸器底部的液相入口相连，同时用于采出循环甲醇；提浓塔再沸器顶部设有气相出口，与设在提浓塔塔釜中上部的气相入口相连，提浓塔底部的液体出口与提浓塔再沸器，以及提浓塔塔釜中上部的气相入口构成一个循环回路；提浓塔中部设有液体入口，用于接收来自冷却器的液体；
提浓塔凝液罐底部另一个液体出口与一级换热器的入口相连；一级换热器的出口与二级换热器的入口相连；二级换热器的出口与加压塔进料加热器相连；加压塔进料加热器的出口与加压塔中部的进料口相连；
加压塔塔顶设有气相出口，该气相出口与加压塔塔顶冷凝器相连；加压塔塔顶冷凝器又与加压塔凝液罐相连，加压塔凝液罐底部设有2个液体出口，其中的一个与设在加压塔上部的回流液入口相连；加压塔塔顶的气相出口与加压塔塔顶冷凝器、加压塔凝液罐的一个液体出口、以及加压塔回流液入口构成一个回路；加压塔凝液罐底部的另一个出口与二级换热器相连，二级换热器再与冷却器相连；冷却器再与设在提浓塔中部的液体入口相连；
加压塔底部设有设有两个液体出口，其中的一个与加压塔再沸器的液体入口相连；加压塔再沸器的气相出口与设在加压塔塔釜中上部的气相入口相连，这些链接构成了一个循环回路；加压塔塔釜的另一个液体出口，与一级换热器相连，一级换热器再与精制塔相连；
精制塔塔顶设有气相出口，该气相出口与精制塔塔顶冷凝器相连；精制塔塔顶冷凝器再与精制塔凝液罐相连；精制塔凝液罐底部设有液相出口，该液相出口分别与精制塔上部所设的回流液入口和提浓塔凝液罐相连；精制塔塔顶气相出口、精制塔塔顶冷凝器与精制塔上部所设的回流液入口构成一个循环回路；精制塔底部设有2个液体出口，一个与精制塔再沸器相连，另一个用于采出碳酸二甲酯产品；精制塔再沸器设有气相出口，该出口与设在精制塔塔釜中上部的气相入口相连；精制塔塔底液相出口、精制塔再沸器、以及精制塔塔釜中上部的气相入口构成一个循环回路。


2.一种酯交换法制备碳酸二甲酯的工艺，采用权利要求1所述的一种酯交换法连续制备高纯度碳酸二甲酯的装置，其特征在于：包括以下步骤：
（1）一级配料：将循环甲醇与浓度为20wt%~31wt%甲醇钠或甲醇钾的甲醇溶液一同送入一级管道混合器，再向一级管道混合器通入新鲜甲醇，使一级管道混合器出口液中甲醇钠或甲醇钾的浓度达到0.1wt%~10wt%；
（2）二级配料：将原料A与一级管道混合器流出的混合物经二级管道混合器进行混合，使二级管道混合器出口液中碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯与甲醇的摩尔比为1:4~20；
所述原料A包括以下任一种：①含有1,...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖福魁，栗进涛，刘磊，李绍果，赵宁，王峰，刘聪，庞小飞，杜彦革，杨直，
申请(专利权)人：山西中科惠安化工有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14