一种酯交换法合成碳酸二甲酯过程中甲醇碱金属盐催化剂的再生回收装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种酯交换法合成碳酸二甲酯过程中甲醇碱金属盐催化剂的再生回收装置和方法。所述装置包括蒸发器、蒸发器再沸器、蒸发器塔顶冷凝器、甲醇储罐、反应蒸馏塔、醇水分离塔、醇水分离塔塔釜再沸器、醇水分离塔塔顶冷凝器和甲醇储罐。本发明专利技术通过蒸发、反应蒸馏和醇水分离步骤，得到可以作为酯交换法合成碳酸二甲酯的含有甲醇碱金属盐的催化剂液体。本发明专利技术工艺具有条件温和、过程简单、易于操作、产率高的特点，能够有效地节省酯交换法合成碳酸二甲酯过程中催化剂甲醇钠或甲醇钾的使用量，从而降低酯交换法合成碳酸二甲酯的成本。

Regeneration and recovery device and method of methanol alkali metal salt catalyst in the synthesis of dimethyl carbonate by Transesterification

【技术实现步骤摘要】
一种酯交换法合成碳酸二甲酯过程中甲醇碱金属盐催化剂的再生回收装置和方法
本专利技术涉及一种酯交换法合成碳酸二甲酯过程中甲醇碱金属盐催化剂的再生回收装置和方法，属于化工

技术介绍
碳酸二甲酯(dimethylcarbonate,DMC)是一种重要的有机化合物，于1992年被欧洲列为无毒化学品。碳酸二甲酯的用途十分广泛，由于其分子中含有羰基、甲基、甲氧基和羰基甲氧基，因此能够被用作有机合成的中间体，以取代剧毒的光气、氯甲酸甲酯、硫酸二甲酯等。DMC还具有高的含氧量和高的辛烷值，能够有效提高油品的含氧量，因此也可以作为性能优良的汽柴油添加剂。此外，DMC也是一种优良的绿色溶剂，在油漆、涂料、粘合剂等领域有广泛的应用前景。此外，DMC对锂盐具有优良的溶解性能以及较低的粘性，因此可作为锂电池的电解液。目前DMC的合成方法主要有光气法、甲醇氧化羰基化法、酯交换法、尿素醇解法、二氧化碳与甲醇直接法等。光气法由于原料剧毒以及氯离子对设备的腐蚀性较强，已经逐渐被淘汰；甲醇氧化羰基化法原料含有CO和O2，有潜在的爆炸的危险，且副产物较多；尿素醇解法的反应条件苛刻，副产物较多，后续分离程序较为复杂；二氧化碳与甲醇直接法由于受热力学的限制，导致收率较低。而酯交换法具有反应条件温和、对设备腐蚀性小、原料毒性低、收率高等优点，因此成为了目前DMC合成的主流技术。目前的酯交换反应合成DMC由两部分组成，即合成碳酸丙（乙）烯酯的过程和碳酸丙（乙）烯酯与甲醇酯交换反应合成碳酸二甲酯的过程。其中，碳酸丙（乙）烯酯与甲醇在催化精馏反应器中发生酯交换反应合成碳酸二甲酯是该过程的关键。酯交换反应是碱催化反应，所使用的催化剂主要包括均相催化剂和非均相催化剂。均相催化剂主要包括可溶性碱金属的氢氧化物，醇盐、碱金属碳酸盐、草酸盐和有机碱等。1974年，美国专利US3803201就提出用甲醇钠作为环状碳酸酯与甲醇酯交换反应的催化剂。目前使用酯交换反应合成碳酸二甲酯的工业化过程仍主要是以甲醇钠或甲醇钾作为催化剂。虽然该方法比较成熟，但是在该过程中，原料甲醇中的微量水会与甲醇钠或甲醇钾反应产生氢氧化钠或氢氧化钾，从而导致催化剂不可逆的失活，降低了催化剂的效率。因此，为了降低氢氧化钠或氢氧化钾对后续分离过程和产物纯度的影响，目前的生产过程中对于反应后的催化精馏塔釜液的处理方式如下（CN101774888）：将塔釜液中的甲醇进行精馏精制，再返回反应精馏塔中作为原料进行反应；然后向蒸余液中加入一定量的水，使甲醇钠转化为氢氧化钠，然后再通入二氧化碳与氢氧化钠进行反应，得到碳酸钠，经结晶、过滤分离得到碳酸钠产品；滤液中的丙二醇经过精制后作为产品出售。但是在这个过程中，催化剂甲醇钠通过碳化反应被消耗，无法重复使用，导致了DMC合成成本的增加，因此，有必要对酯交换反应的催化剂进行有效的再生回收，以提高催化剂的使用效率，进而降低DMC的生产成本。
技术实现思路
针对目前生产过程中甲醇碱金属盐使用一次后，通过碳化反应被消耗，无法重复使用的缺点，本专利技术旨在提供一种切实可行的酯交换法合成碳酸二甲酯过程中甲醇碱金属盐催化剂的回收装置和方法。本专利技术提供了一种酯交换法合成碳酸二甲酯过程中甲醇碱金属盐催化剂的再生回收装置，包括蒸发器、蒸发器再沸器、蒸发器塔顶冷凝器、甲醇储罐、第一蒸馏塔、第二蒸馏塔、醇水分离塔、醇水分离塔塔釜换热器和醇水分离塔塔顶冷凝器；酯交换合成碳酸二甲酯反应后的液体进入蒸发器，蒸发器所需的热量由蒸发器底部的蒸发器再沸器提供。蒸发器中蒸发出的部分液体经蒸发器塔顶冷凝器冷凝后，进入甲醇储罐。甲醇储罐分别连接第一蒸馏塔和第二蒸馏塔；蒸发器塔釜产物分别进入第一蒸馏塔和第二蒸馏塔；第一蒸馏塔和第二蒸馏塔内可以实现蒸发和反应轮流切换。首先，将第一蒸馏塔和第二蒸馏塔进行加热蒸馏，反应蒸馏塔第一阶段塔顶产物（碳酸丙烯酯和1,2-丙二醇）进入催化精馏反应器。然后将甲醇储罐和第二甲醇储罐中的甲醇引入第一蒸馏塔和第二蒸馏塔进行反应。反应后，将第一蒸馏塔和第二蒸馏塔进行加热蒸馏，反应蒸馏塔第二阶段塔顶产物进入醇水分离塔进行醇水分离，醇水分离塔底部连接醇水分离塔塔釜再沸器形成循环闭合回路；蒸馏结束后，蒸馏塔塔釜产物进入催化精馏反应器，催化剂得到再生。醇水分离塔塔顶冷凝产物甲醇经醇水分离塔塔顶冷凝器冷凝后进入第二甲醇储罐，第二甲醇储罐另一端连接第一蒸馏塔和第二蒸馏塔；醇水分离塔塔釜设有产物水出口。本专利技术提供了一种酯交换法合成碳酸二甲酯过程中甲醇碱金属盐催化剂的再生回收方法，包括以下步骤：首先将酯交换合成碳酸二甲酯反应后的塔釜液体引入蒸发器，分离出大部分的甲醇，经冷凝后进入甲醇储罐；然后将蒸发器中残留的液体引入反应蒸馏塔，蒸出未反应的碳酸丙烯酯和1,2-丙二醇；然后将甲醇储罐中的甲醇和从醇水分离器中蒸馏出的甲醇引入反应蒸馏塔，与反应蒸馏塔中残留的氢氧化钠或氢氧化钾反应合成甲醇钠或甲醇钾；反应结束后，将生成的水和未反应的原料甲醇蒸发进入醇水分离塔进行甲醇和水的分离。含催化剂的反应蒸馏塔釜液返回催化精馏塔，催化剂得到再生回收。两个反应蒸馏塔内可以实现蒸发和反应轮流切换。上述再生回收方法具体包括以下步骤：（1）蒸发：将酯交换合成碳酸二甲酯反应后的液体引入蒸发器进行蒸馏，分离出大部分的甲醇，蒸发器的操作条件为：0.01-0.1MPa（绝压，下同），塔釜温度为30-75oC，塔顶温度为20-65oC。蒸发器塔顶产物甲醇经蒸发器塔顶冷凝器冷凝后进入甲醇储罐；所述的酯交换合成碳酸二甲酯反应后的液体包括：甲醇、碳酸丙烯酯、1,2-丙二醇、甲醇钠、甲醇钾、氢氧化钠和氢氧化钾。（2）反应蒸馏：将第一阀门、第七阀门、第八阀门关闭，第二阀门打开，蒸发器塔釜产物（包含碳酸丙烯酯、1,2-丙二醇、少量甲醇、催化剂）进入第一蒸馏塔。然后将第三阀门打开，第二阀门、第七阀门、第八阀门关闭，在0.01-0.1MPa，塔釜温度50-250oC，塔顶温度40-240oC的条件下蒸发，塔顶产物（包含碳酸丙烯酯、1,2-丙二醇）返回催化精馏反应器。塔顶无产物蒸出后，第二阀门、第三阀门、第八阀门关闭，第七阀门、第十二阀门打开，将甲醇储罐中的甲醇和从醇水分离塔中蒸馏出的甲醇引入第一蒸馏塔，开始与第一蒸馏塔中残留的氢氧化钠或氢氧化钾反应制备甲醇钠或甲醇钾，反应条件为：0.01-0.1MPa，温度40-250oC，甲醇与第一蒸馏塔蒸余物质的比例为100:1-0.6:1（wt），反应时间为1-50小时。反应完毕后将第四阀门打开，开始蒸发。塔顶产物（包括水和部分原料甲醇）通过蒸发进入醇水分离塔进行甲醇和水的分离；然后将第二阀门、第三阀门、第七阀门关闭，第八阀门打开，第一蒸馏塔塔釜产物（催化剂）自塔釜返回催化精馏塔，催化剂得到再生回收；然后将第一阀门打开，第五阀门、第九阀门、第十阀门关闭，继续将蒸发器塔釜产物加入第二蒸馏塔，然后将第一阀门关闭，第五阀门打开，在0.01-0.1MPa，塔釜温度50-250oC，塔顶温度40-240oC的条件下蒸发，塔顶产物（包含碳酸丙烯酯、1,2-丙二醇本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种酯交换法合成碳酸二甲酯过程中甲醇碱金属盐催化剂的再生回收装置，其特征在于：包括蒸发器、蒸发器再沸器、蒸发器塔顶冷凝器、甲醇储罐、第一蒸馏塔、第二蒸馏塔、醇水分离塔、醇水分离塔塔釜换热器和醇水分离塔塔顶冷凝器；/n酯交换合成碳酸二甲酯反应后的液体进入蒸发器，蒸发器所需的热量由蒸发器底部的蒸发器再沸器提供；/n蒸发器中蒸发出的部分液体经蒸发器塔顶冷凝器冷凝后，进入甲醇储罐；/n甲醇储罐分别连接第一蒸馏塔和第二蒸馏塔；蒸发器塔釜产物分别进入第一蒸馏塔和第二蒸馏塔；第一蒸馏塔和第二蒸馏塔内可以实现蒸发和反应轮流切换；/n首先，将第一蒸馏塔和第二蒸馏塔进行加热蒸馏，反应蒸馏塔第一阶段塔顶产物进入催化精馏反应器；/n然后将甲醇储罐和第二甲醇储罐中的甲醇引入第一蒸馏塔和第二蒸馏塔进行反应；/n反应后，将第一蒸馏塔和第二蒸馏塔进行加热蒸馏，反应蒸馏塔第二阶段塔顶产物进入醇水分离塔进行醇水分离，醇水分离塔底部连接醇水分离塔塔釜再沸器形成循环闭合回路；蒸馏结束后，蒸馏塔塔釜产物进入催化精馏反应器，催化剂得到再生；/n醇水分离塔塔顶冷凝产物甲醇经醇水分离塔塔顶冷凝器冷凝后进入第二甲醇储罐，第二甲醇储罐另一端连接第一蒸馏塔和第二蒸馏塔；醇水分离塔塔釜设有产物水出口。/n...

【技术特征摘要】
1.一种酯交换法合成碳酸二甲酯过程中甲醇碱金属盐催化剂的再生回收装置，其特征在于：包括蒸发器、蒸发器再沸器、蒸发器塔顶冷凝器、甲醇储罐、第一蒸馏塔、第二蒸馏塔、醇水分离塔、醇水分离塔塔釜换热器和醇水分离塔塔顶冷凝器；
酯交换合成碳酸二甲酯反应后的液体进入蒸发器，蒸发器所需的热量由蒸发器底部的蒸发器再沸器提供；
蒸发器中蒸发出的部分液体经蒸发器塔顶冷凝器冷凝后，进入甲醇储罐；
甲醇储罐分别连接第一蒸馏塔和第二蒸馏塔；蒸发器塔釜产物分别进入第一蒸馏塔和第二蒸馏塔；第一蒸馏塔和第二蒸馏塔内可以实现蒸发和反应轮流切换；
首先，将第一蒸馏塔和第二蒸馏塔进行加热蒸馏，反应蒸馏塔第一阶段塔顶产物进入催化精馏反应器；
然后将甲醇储罐和第二甲醇储罐中的甲醇引入第一蒸馏塔和第二蒸馏塔进行反应；
反应后，将第一蒸馏塔和第二蒸馏塔进行加热蒸馏，反应蒸馏塔第二阶段塔顶产物进入醇水分离塔进行醇水分离，醇水分离塔底部连接醇水分离塔塔釜再沸器形成循环闭合回路；蒸馏结束后，蒸馏塔塔釜产物进入催化精馏反应器，催化剂得到再生；
醇水分离塔塔顶冷凝产物甲醇经醇水分离塔塔顶冷凝器冷凝后进入第二甲醇储罐，第二甲醇储罐另一端连接第一蒸馏塔和第二蒸馏塔；醇水分离塔塔釜设有产物水出口。


2.一种酯交换法合成碳酸二甲酯过程中甲醇碱金属盐催化剂的再生回收方法，采用权利要求1所述的酯交换法合成碳酸二甲酯过程中甲醇碱金属盐催化剂的再生回收装置，其特征在于：包括以下步骤：首先将酯交换合成碳酸二甲酯反应后的塔釜液体引入蒸发器，分离出大部分的甲醇，经冷凝后进入甲醇储罐；然后将蒸发器中残留的液体引入反应蒸馏塔；在反应蒸馏塔中蒸出未反应的碳酸丙烯酯和1,2-丙二醇；然后将甲醇储罐中的甲醇和从醇水分离器中蒸馏出的甲醇引入反应蒸馏塔，与反应蒸馏塔中残留的氢氧化钠或氢氧化钾反应合成甲醇钠或甲醇钾；反应结束后，将生成的水和未反应的原料甲醇蒸发进入醇水分离塔进行甲醇和水的分离；
含催化剂的反应蒸馏塔釜液返回催化精馏塔，催化剂得到再生回收；两个反应蒸馏塔塔内可以实现蒸发和反应轮流切换。


3.根据权利要求2所述的酯交换法合成碳酸二甲酯过程中甲醇碱金属盐催化剂的再生回收方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）蒸发：将酯交换合成碳酸二甲酯反应后的液体引入蒸发器进行蒸馏，分离出大部分的甲醇，蒸发器塔顶产物甲醇经蒸发器塔顶冷凝器冷凝后进入甲醇储罐；
（2）反应蒸馏：将第一阀门、第七阀门、第八阀门关闭，第二阀门打开，蒸发器塔釜产物进入第一蒸馏塔，然后将第三阀门打开，第二阀门、第七阀门、第八阀门关闭，开始蒸发；
第一蒸馏塔第一阶段塔顶产物返回催化精馏反应器；塔顶无产物蒸出后，将第二阀门、第三阀门、第八阀门关闭，第七阀门、第十二阀门打开，将甲醇储罐中的甲醇和从醇水分离塔中蒸馏出的甲醇引入第一蒸馏塔，开始与第一蒸馏塔中残留的氢氧化钠或氢氧化钾反应制备甲醇钠或甲醇钾；反应完毕后将第四阀打开，将第一蒸馏塔继续蒸馏，塔顶蒸馏产物蒸发进入醇水分离塔进行甲醇和水的分离；然后将第二阀门、第三阀门、第七阀门关闭，第八阀门打开，第一蒸馏塔塔釜产物自塔釜返回催化精馏塔，催化剂得到再生回收；
然后将第一阀打开，第五阀门、第九阀门、第十阀门关闭，继续将蒸发器塔釜产物加入第二蒸馏塔，然后将第一阀门关闭，第五阀门打开，开始蒸发；
第二蒸馏塔塔顶产...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖福魁，赵宁，刘聪，李绍果，栗进涛，李磊，刘磊，庞小飞，高未敏，张建鑫，
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