一种碳酸甲乙酯生产和分离的节能工艺及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种碳酸甲乙酯生产和分离的节能工艺及系统，以碳酸二甲酯和乙醇为反应原料，通过高压反应精馏塔和低压精馏塔组合成的双塔装置生产和分离碳酸甲乙酯；本发明专利技术所述节能工艺及系统将传统的反应精馏与变压精馏结合的三塔工艺缩短为两塔工艺，该工艺具有反应物转化率高、生产流程简单、产品纯度高和能耗低的特点。耗低的特点。耗低的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种碳酸甲乙酯生产和分离的节能工艺及系统


[0001]本专利技术涉及精馏节能
，具体涉及一种碳酸甲乙酯生产和分离的节能工艺及系统。

技术介绍

[0002]碳酸甲乙酯（EMC）是一种对环境无害的绿色的不对称碳酸酯，兼备碳酸二乙酯和碳酸二甲酯的特性，可与醇、酯、酚以及胺等反应，适用于多种有机反应。而且碳酸甲乙酯作为锂离子电池中电解液的一种新型高纯溶剂，相对于其它电解液溶剂，其具有粘度低、介电常数高以及对锂盐有更高的溶解度等特性，因此更能提高锂离子电池的放电容量及能量密度，并且使锂离子电池的安全性能更高、使用寿命更长。除此之外，良好的低温使用性能也是其作为电解液的优势。
[0003]有关EMC的合成工艺主要有：光气法、氧化羰化法、酯交换法等。EMC的合成方法中光气法由于存在较大的安全隐患以及违背了“绿色化工、清洁化工”的大原则而被淘汰；氧化羰化法因受到催化剂因素及其反应条件的严重约束，亦不被人们所选择；然后，酯交换法由于其相对温和的反应条件、较低的设备要求而且对环境友好等特点，因此是目前工业生产EMC的首选工艺。
[0004][0004]该反应是两步连串反应，目标产物碳酸甲乙酯是该连串反应的中间产物。故该反应存在选择性的问题，需要采取特殊的方法及手段来提高反应物转化率及EMC的收率，工业生产上多采用反应精馏技术来提高反应选择性。
[0005]该合成工艺的原料为对环境友好的碳酸二甲酯与乙醇，且反应条件相对温和、所需设备要求低，此外该反应副产的甲醇亦可用作生产碳酸二甲酯的原料，所以该方法原子的综合利用率相对较高。适当的调整原料配比及工艺操作参数，可大大提高EMC的收率与反应物的转化率。此条途径也是目前工业应用最广泛的一种。
[0006]但是酯交换法的反应物碳酸二甲酯和产物甲醇能够形成共沸物，因此，如何分离二者的共沸物也是此工艺非常重要的问题。目前国内外对这个体系的分离研究较多，主要集中在变压精馏、萃取精馏、共沸精馏等方面。变压精馏利用甲醇和碳酸二甲酯不同压力下的共沸组成不同，采用一个常压塔和一个加压塔来分离提纯碳酸二甲酯，流程复杂，能耗大。萃取精馏、共沸精馏利用萃取剂和共沸剂破坏原来的共沸，以此达到分离二者的目的。这种方法虽然能耗较小，但萃取剂和共沸剂的选择对分离情况影响较大，且容易造成环境问题。
[0007]专利技术专利CN1271721A为一种加压分离甲醇和碳酸二甲酯共沸物的方法，公开了一种利用物料自身产生的压力来加压分离甲醇与碳酸二甲酯共沸物的方法,它直接依赖物料在加压精馏塔中自身产生的压力，使塔顶分离出甲醇和少量碳酸二甲酯:塔底部分离出纯
度大于97%的碳酸二甲酯，其进入精制塔进一步提纯可获高纯度碳酸二甲酯。该方法只能做到分离甲醇和碳酸二甲酯共沸物，可以作为分离EMC反应精馏塔塔顶共沸物的后续流程，需要两台塔，能耗较高，投资较大。
[0008]专利技术专利CN 110845334A公开了一种用碳酸二甲酯和乙醇生产电池级碳酸甲乙酯的装置及方法，其技术方案是：包括静态混合器、多级预热器、预反应器、反应精馏塔、反应精馏塔再沸器、碳酸二乙酯脱除塔、第一压缩机、碳酸二乙酯脱除塔再沸器、碳酸甲乙酯精馏塔、第二压缩机、碳酸甲乙酯精馏塔再沸器、第一水冷器和第二水冷器连接组成。该方法是三塔工艺，装置复杂，且该方法没有考虑反应精馏塔塔顶DMC和甲醇共沸物的分离，物耗大，经济性差。

技术实现思路

[0009]本专利技术针对上述传统工艺存在的不足，基于反应精馏和变压精馏工艺，提出一种碳酸甲乙酯生产和分离的节能工艺及系统，将传统的反应精馏与变压精馏结合的三塔工艺缩短为两塔工艺；该工艺具有反应物转化率高、生产流程简单、产品纯度高和能耗低的特点。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：以碳酸二甲酯和乙醇为反应原料，通过高压反应精馏塔和低压精馏塔组合成的双塔装置生产和分离碳酸甲乙酯，所述高压反应精馏塔包括反应段、提馏段和精馏段，所述低压精馏塔包括精馏段和提馏段；所述高压反应精馏塔的塔侧出料管与低压精馏塔精馏段连通，所述低压精馏塔塔顶与高压反应精馏塔的反应段上部进料管相连通。
[0011]将高压反应精馏塔与低压精馏塔组合成双塔装置，酯交换反应和共沸产物分离通过该双塔装置来实现；由于碳酸二甲酯和甲醇的共沸物中甲醇的质量分数随着压力的增大而升高，当压力从常压提升到1500kPa时，高压反应精馏塔中的甲醇的浓度会从常压的70%提高到95%，因此，将传统反应精馏塔和变压精馏中加压塔合二为一，改为高压反应精馏塔，在此塔中既可以实现反应，还可以降低共沸物中的碳酸二甲酯的含量，可以直接通入低压精馏塔分离甲醇，变压精馏中的加压塔就可以去掉。调节适当的回流比和采出量，可以在低压塔的塔釜得到较纯的产物甲醇。
[0012]如上所述的碳酸甲乙酯生产和分离的节能工艺，具体包括以下步骤：S1、所述反应原料通入高压反应精馏塔反应段，生成的甲醇与未反应的碳酸二甲酯形成共沸物从高压反应精馏塔的塔顶采出，并通入低压精馏塔，所述共沸物分离后回流通入高压反应精馏塔；S2、碳酸甲乙酯产物从高压反应精馏塔的塔釜产出；甲醇产物从低压精馏塔底部产出。
[0013]可选的，所述反应段下部进料管还设有预反应器，所述反应原料可先通入预反应器中进行预混合，混合之后再通入高压反应精馏塔。
[0014]进一步的，所述预反应器及高压反应精馏塔装填催化剂，所述催化剂为分子筛负载碱金属催化剂或耐高温的酸性离子交换树脂（磺酸基团）催化剂。
[0015]进一步的，高压反应精馏塔操作压力为700~1500kPa，塔顶温度控制在125~160℃，回流比控制在2~6。
[0016]进一步的，所述低压精馏塔操作压力为50~100kPa，塔顶温度控制在40~55℃，回流比控制在4~7。
[0017]进一步的，所述高压反应精馏塔包括反应段、提馏段和精馏段，所述反应段的理论塔板数为 16~30块，提馏段的理论塔板数为10~20块，精馏段的理论塔板数为 20~40块；所述低压精馏塔包括精馏段和提馏段，所述精馏段的理论塔板数为16~28块，提馏段的理论塔板数为10~25块。
[0018]进一步的，所述反应段下部进料管的进料温度为65
‑
125℃，进料空速为 0.16~0.23 m
3 /（m3•
h）。
[0019]进一步的，所述反应段上部进料管的进料空速为0.03~0.10m
3 /（m3•
h），进料温度为55~65℃。
[0020]进一步的，所述碳酸二甲酯和乙醇按摩尔比为1.5:1~3:1混合。
[0021]另外，本专利技术还提供一种碳酸甲乙酯生产和分离的系统，所述系统包括高压反应精馏塔和低压精馏塔；所述高压反应精馏塔侧部连有上部进料管与下部进料管，所述高压反应精馏塔塔顶出料管与低压精馏塔侧部连通，所述高压反应精馏塔底部设有碳酸甲乙酯产物出料管；所述低压精馏塔底部设有甲醇产物出料管，所述低压精馏塔塔顶设有与上部进料管相连通的回流管，所述高压反应精馏塔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳酸甲乙酯生产和分离的节能工艺，其特征在于，以碳酸二甲酯和乙醇为反应原料，通过高压反应精馏塔和低压精馏塔组合成的双塔装置生产和分离碳酸甲乙酯；所述高压反应精馏塔包括反应段、提馏段和精馏段，所述低压精馏塔包括精馏段和提馏段；所述高压反应精馏塔的塔侧出料管与低压精馏塔精馏段连通，所述低压精馏塔塔顶与高压反应精馏塔的反应段上部进料管相连通。2.根据权利要求1所述的节能工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、所述反应原料通过反应段下部进料管进入高压反应精馏塔反应段，生成的甲醇与未反应的碳酸二甲酯形成共沸物从高压反应精馏塔的塔顶采出，并通入低压精馏塔，所述共沸物分离采出后通过反应段上部进料管进入高压反应精馏塔；S2、碳酸甲乙酯产物从高压反应精馏塔的塔釜产出；甲醇产物从低压精馏塔底部产出。3.根据权利要求1所述的节能工艺，其特征在于，所述高压反应精馏塔的操作压力为700~1500kPa，塔顶温度为125~160℃。4.根据权利要求1所述的节能工艺，其特征在于，所述低压精馏塔操作压力为50~100kPa，塔顶温度为40~55℃。5.根据权利要求1所述的节能工艺，其特征在于，所述高压反应精馏塔的反应段的理论塔板数为16~30块，提馏段的理论塔板数为10~20块，精馏段的理论塔板数为20~40块；所述低压精馏塔的精馏段的理论塔板数为16~28块，提馏段的理论塔板数为10~25块。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红星，郑广强，李海勇，李飞，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：