CN104395279B - 用于生产碳酸二芳基酯的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
用于生产碳酸二芳基酯的方法，可以包括：将反应物引入至第一反应性蒸馏塔(C21)；回收第一顶部流(流5)、第一底部流(流6)和第一侧部流(流13)；将第一底部流(流6)引入至第二反应性蒸馏塔(C32)而不通过另一个反应性蒸馏塔；从第二反应性蒸馏塔(C32)回收第二底部流(流15)和第二顶部流(流16)；将第一侧部流(流13)引入至第一精馏塔(C81)；从第一精馏塔(C81)回收第三底部流(流12)和第三顶部流(流14)；将第一顶部流(流5)引入至第二精馏塔(C41)；以及从第二精馏塔(C41)回收第四顶部流(流7)和第四底部流(流8)。
Description
技术领域
本公开总体上涉及用于生产碳酸二芳基酯的方法和装置，并且尤其涉及用于生产碳酸二苯酯(“DPC”)的方法和装置。
背景技术
碳酸二芳基酯，如DPC，是在生产聚碳酸酯中重要的反应物。例如，可以通过使双酚A与DPC反应制造聚碳酸酯。聚碳酸酯由于它们的物理和光学性能而是受到重视的实用材料。随着聚碳酸酯用途的增加，有效生产碳酸二芳基酯变得更有意义。用于生产碳酸二芳基酯的早期方法采用光气作为反应物。然而，光气的毒性推动无光气方法的开发。如在图1中示意性所示，无光气方法涉及两步方法。首先，在酯交换反应催化剂的存在下，碳酸二烷基酯如碳酸二甲酯(“DMC”)与芳香醇如苯酚反应来生产碳酸烷基芳基酯(例如，苯基甲基碳酸酯(“PMC”))和烷基醇(链烷醇)如甲醇。然后，在第二步中，两分子的碳酸烷基芳基酯经受歧化反应以生产一分子的碳酸二芳基酯如DPC和一分子的碳酸二烷基酯如DMC。图1中所示的反应是已知的期望的反应，但也已知存在许多发生的、产生不希望的副产物的副反应。这些副产物可以妨碍所期望的产物的持续产生、降低整个过程的效率并且在一些情况下产生需要特殊处理用于处置的废物流。例如，这是与烷基芳基醚(其是由碳酸二烷基酯与芳香醇反应产生的副产物)如苯甲醚相关的情况。其他副反应如碳酸芳基烷基酯或碳酸芳基芳基酯的重排可能产生具有高沸点的有机物的其他副产物。因此，挑战是开发可以最小化反应副产物的量和影响、同时提供良好产量的期望产品(具体地是DPC)的方法。
美国专利US 6,294,684公开了使用一系列蒸馏塔用于生产碳酸二芳基酯如DPC的方法和装置。通过引用将美国专利US 6,294,684的内容结合于此。尽管有这些进展，然而，仍然需要通过具有更少的加工设备(具体地更少的蒸馏塔)显示降低的能量消耗并且需要更少的设备成本、同时还能够生产具有最小化的反应副产物的纯化的碳酸二芳基酯(尤其是纯化的DPC)的方法和装置。
发明内容
在不同的实施方式中公开的是用于生产碳酸二芳基酯，尤其是DPC的方法和装置。
在一个实施方式中，用于生产碳酸二芳基酯的方法可以包括：将包含碳酸二芳基酯、芳香醇和酯交换反应催化剂的反应物引入至第一反应性蒸馏塔(C21)以生产碳酸烷基芳基酯和烷基醇；从第一反应性蒸馏塔(C21)回收包含碳酸二烷基酯和烷基醇的第一顶部流(top stream)(流5)、包含碳酸烷基芳基酯、芳香醇、碳酸二烷基酯、芳基烷基醚和酯交换反应催化剂的第一底部流(流6)以及包含碳酸二烷基酯、芳基烷基醚和烷基醇的第一侧部流(流13)；将第一底部流(流6)引入至第二反应性蒸馏塔(C32)而不通过另一个反应性蒸馏塔以通过碳酸烷基芳基酯的歧化反应生产碳酸二芳基酯；从第二反应性蒸馏塔(C32)回收包含碳酸二芳基酯和碳酸烷基芳基酯的第二底部流(流15)和包含芳香醇、烷基芳基醚和碳酸二烷基酯的第二顶部流(流16)，并且可选地将第二顶部流(流16)再循环(回收，recycle)至第一反应性蒸馏塔(C21)；将第一侧部流(流13)引入至第一精馏塔(C81)；从第一精馏塔(C81)回收包含烷基芳基醚的第三底部流(流12)和包含碳酸二烷基酯和烷基醇的第三顶部流(流14)，并且可选地将第三顶部流(流14)再循环至第一反应性蒸馏塔(C21)；将第一顶部流(流5)引入至第二精馏塔(C41)；以及从第二精馏塔(C41)回收包含碳酸二烷基酯/烷基醇共沸混合物(azeotrope)的第四顶部流(流7)和包含碳酸二烷基酯的第四底部流(流8)，并且可选地将第四底部流(流8)再循环至第一反应性蒸馏塔(C21)。
在一个实施方式中，用于在酯交换反应催化剂的存在下通过碳酸二烷基酯和芳香醇的反应连续生产碳酸二芳基酯的装置可以包括：第一反应性蒸馏塔(C21)、第二反应性蒸馏塔(C32)、第一精馏塔(C81)、第二精馏塔(C41)和用于输送反应物流和产品流的多条管线。第一反应性蒸馏塔(C21)可以连接至用于引入反应物的输入管线，并且连接至第一输送管线、第二输送管线和第三输送管线，第一输送管线从第一反应性蒸馏塔(C21)延伸至第二精馏塔(C41)的入口，第二输送管线从第一反应性蒸馏塔(C21)延伸至第二反应性蒸馏塔(C32)的入口而不通过另一个反应性蒸馏塔，并且第三输送管线从第一反应性蒸馏塔(C21)的侧部延伸至第一精馏塔(C81)的入口。第二反应性蒸馏塔(C32)可以可选地连接至第一再循环管线和第四输送管线，第一再循环管线从第二反应性蒸馏塔(C32)延伸至第一反应性蒸馏塔(C21)的入口，第四输送管线从第二反应性蒸馏塔(C32)延伸用于提供碳酸二芳基酯。第一精馏塔(C81)可以连接至第五输送管线和从第一精馏塔(C81)延伸用于提供烷基芳基醚的第一产物管线，第五输送管线从第一精馏塔(C81)延伸至第一反应性蒸馏塔(C21)的入口。第二精馏塔(C41)可以连接至用于提供碳酸二烷基酯/烷基醇共沸混合物的第二产物管线，并且可选地连接至从第二精馏塔(C41)延伸至第一反应性蒸馏塔(C21)的第二再循环管线。
通过以下附图和具体描述来举例说明以上描述的和其他特征。
附图说明
现在参考附图，其是示例性和非限制性的实施方式，并且其中，相似的要素用同样的编号来表示。
图1示意性地描绘了碳酸二甲酯和苯酚(PhOH)生产碳酸二苯酯的两步反应。
图2示意性地描述了用于生产碳酸二芳基酯如DPC的装置设计。
图3A示意性地描绘了在图2的冷凝器和再沸器之间的直接热交换集成。
图3B示意性地描绘了在图2的冷凝器和再沸器之间的热载体。
具体实施方式
本公开涉及与生产碳酸二芳基酯如DPC相关的如何改善总效率、降低能量消耗和降低总成本的方法。由于本方法和体系，可以减少生产和纯化DPC所需的连续蒸馏塔的数量。此处，重新设计了工艺设备并且调整了工艺参数如例如压力和温度。如通过以下描述的实施例证明的，可以实现在DPC生产期间能量消耗方面的出人意料的降低。
通过参考附图可以获得对本文公开的组分、方法和装置的更为完整的理解。这些附图(本文中也称为“图”)仅是基于方便和易于证明本公开的图示，因此不旨在表示设备或其组件的相对尺寸和大小和/或限定或限制示例性实施方式的范围。尽管为了清楚起见在以下描述中使用具体的术语，但是这些术语旨在仅指选择用于附图说明的实施方式的具体结构并且并不旨在限定或者限制本公开的范围。在以下附图和以下描述中，应当理解的是，类似数字标号指类似功能的部件。
本文公开的实施方式中的主要反应是上述在图1中列出的反应。注意的是可以使用不同的碳酸二烷基酯和不同的芳香醇进行该反应，如本领域已知的和例如在美国专利号US 5,210,268、US 5,344,954、US 5,705,673和US 6,294,684中公开的那些。碳酸二烷基酯的实例是包括分布在两个烷基基团之间的碳酸酯基团的那些。具体实例包括DMC、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯和碳酸二己酯。芳香醇的实例是苯酚，并且芳香醇的进一步具体的实例包括未取代的苯酚，邻、间或对甲苯酚，邻、间或对氯苯酚，邻、间或对甲氧基苯酚，2,6-二甲苯酚，2,4-二甲苯酚，3,4-三甲苯酚，1-萘酚和2-萘酚。
工业规模上有用的典型反应物是DMC和苯酚，其反应以产生DPC。注意的是为了便于参考，将主要在以下涉及这些具体的反应物并且其仅作为非限制性和示例性的物质。应当理解的是，该用途仅是为了便于参考并且不旨在对本文公开的实施方式限制为仅具体使用这些物质。
图2示意性地描绘了碳酸二芳基酯生产装置/回收设备/设计700，根据本文公开的实施方式，设计700包括反应/蒸馏段(section)702和纯化段704。在图2的反应/蒸馏段702中，装置700包括四个塔C21、C81、C32和C41。之前，在DPC的生产装置设施的该段中通常需要5个或更多个的塔。
图2中还示出由数字1-25表示的不同进料、产物和再循环流。进一步注意的是，本领域的技术人员将要了解，本文描述的不同流/管线定位，例如，在特定塔的“顶部”、“中部”、“底部”、或“侧部”是相对的，因为引入或回收材料的实际位置取决于特定塔中保持的条件。例如，进入塔的“底部”的流可以实际上进入包括塔的再沸器的储槽上方的若干板(层，级，stage)，并且离开塔的“顶部”的管线/流可以实际上离开包括塔的冷凝器的顶板下方的若干板。因此，本文的这些术语被包括用于便于参考，来描述与不同的塔和管线/流相关的大体方位，并且这些术语不旨在限制一个精确的位置。而且，出于说明的目的，尽管附图和它们的描述可以描绘单个容器如反应容器或混合容器，但是应理解的是合适时可以使用串联或并联的多个容器。
进一步参考图2，塔C31和C32可以是反应性蒸馏塔。因此，这些塔可以各自具有精馏段和/或其中化学反应发生的反应段。一般而言，塔的反应部分可以配有填料(packings)或固定的内件以提供至少一个反应性蒸馏板。例如，塔C21的反应段可以提供大于或等于5个如5至60个反应板，具体地大于或等于10个如10至40个蒸馏板。可以使用已知的乱堆填料(dumped packings)和/或规整填料(arranged packings)。具体地，可以使用具有大的表面积、良好的润湿性和液相停留时间的填料，如例如Novolax环、CY填料。还可以使用固定的内件如板式塔，并且具体的实例包括筛盘塔板(tray)、浮阀塔板和泡罩塔板。
塔C41和塔C81可以是精馏塔。这些塔可以基于沸点进行物质的分离而不引起并发的化学反应。以上引用的塔可以通过用于输送包括反应物和/或产物的流的一系列进料/再循环管线互联。在图2中指出了每个管线的流动方向。可选地，可以包括不同的阀、加热器和其他配件连同图2中所示的进料/再循环管线以使设计符合具体的安装。
根据本文公开的实施方式，可以根据方法使用图2描绘的装置来生产碳酸二芳基酯，具体地DPC。进一步参考图2，流0可以包含酯交换反应催化剂和苯酚。催化剂包括钛化合物如四苯氧基钛、异丙醇钛、四氯化钛，有机锡化合物，以及铜、铅、锌、铁和锆的化合物，以及包括上述中的至少一种的组合。流1可以包含新鲜的苯酚(PhOH)。流2可以包含新鲜的碳酸二烷基酯，具体地DMC。可以通过流3和4将起始材料/反应物引入至塔C21。流3是流1、再循环流16和再循环流21的组合，在以下进一步详细描述，其可以包含苯酚、催化剂和一些DMC。流21包含再循环的催化剂。流4是流2和再循环流8的混合物，主要包含例如从第二精馏塔C41的底部回收的DMC与一些少量的苯酚和副反应产物。
例如，可以将流4进料至塔C21的底部，具体进料至再沸器。根据使用的再沸器的类型，流4可以是液体或蒸汽(蒸气，vapor)。例如，如果使用外部再沸器例如釜式再沸器，那么流4可以作为蒸汽进入塔C21。可以将流3作为液体进料至例如塔C21的中段，更具体地反应性蒸馏段的顶部处或靠近顶部处的位置。流3和4的进料速率可以是使被引入至塔C21的碳酸二烷基酯与芳香醇的摩尔比在0.1至10之间，具体地在0.5至5之间，以及更具体地在1至3之间的速率。通过流4可以提供过量的碳酸二烷基酯，因为碳酸二烷基酯既可以用作反应物又可以用作气提剂(stripping agent)，其有助于除去在酯交换反应中产生的烷基醇(链烷醇)。该除去可以增加塔C21中生产碳酸烷基芳基酯的速率。
例如，可以在大于或等于100℃，具体地大于或等于130℃，以及更具体地大于或等于140°的温度在塔C21中进行酯交换反应。用于进行该反应的温度范围的实例包括100℃至300℃，具体地110℃至270℃，以及更具体地120℃至250℃。在塔C21的顶部的操作压力可以大于或等于0.5巴(50kPa)，具体地大于或等于2巴(200kPa)，以及更具体地大于或等于3巴(300kPa)。可以通过流5和6以连续的方法从塔C21除去反应物产物和未反应的起始材料。可以从塔C21的顶部抽出的流5可以包含未反应的碳酸二烷基酯并且还可以包含在酯交换反应中产生的烷基醇。流5可以传到用于加工和回收的第二精馏塔C41。精馏塔C41可以产生包含碳酸二烷基酯的共沸混合物和在该方法中产生的基本上所有的烷基醇的副产物流7。流7可以被冷凝并作为进料流再用于补充的碳酸二烷基酯生产工艺例如DMC生产工艺，而无需进一步纯化。
塔C41也可以配有填料或固定的内件以提供例如大于或等于3，具体地大于或等于5，更具体地在5至50之间的蒸馏板。例如，可以使用已知的乱堆填料和/或规整填料。
塔C41的温度分布可以大于或等于10℃，具体地大于或等于50℃。对于塔C41中温度分布的温度范围的实例是10℃至200℃，具体地50℃至110℃。塔C41中的操作压力可以大于或等于0.1巴(10kPa)，具体地大于或等于0.5巴(50kPa)。压力范围的实例包括0.1至10巴(1000kPa)，具体地0.5至3巴(50至300kPa)。
可以从例如塔C21的底部(如从塔C21的再沸器)抽出的流6可以包含在塔C21中产生的碳酸烷基芳基酯，与未反应的起始材料、烷基芳基醚和催化剂组合。可以通过添加包含碳酸烷基芳基酯和芳香醇的再循环流(流17)增加(augment)流6以形成流18。流17可以是在纯化段704中可选纯化碳酸二芳基酯期间从纯化段704回收的含碳酸烷基芳基酯的流，其在以下被进一步详细描述。这种增加可以获得碳酸二芳基酯的整体生产的改善。因此，根据一些实施方式，现在用流17增加以形成流18并且包含碳酸烷基芳基酯的流6可以进入第二反应性蒸馏塔C32而不通过另一个反应性蒸馏塔，以通过碳酸烷基芳基酯的歧化反应生产碳酸二芳基酯。可以操作塔C32以进一步驱使反应向期望的碳酸二芳基酯产物进行，同时分离其他物质用于循环。两个流可以从塔C32除去。第一个是产物流15，其可以从塔C32的底部除去，并且可以包含基本上所有的产生的碳酸二芳基酯与残留的催化剂、一些碳酸烷基芳基酯和不希望的高沸点副产物。如果期望另外的纯化，可以可选地在纯化段704中进一步蒸馏和纯化产物流15。
可以作为再循环流从塔C32的顶部除去的流16可以包含基本上所有未反应的芳香醇起始材料和一些碳酸二烷基酯和副产物烷基芳基醚，并且被再循环以组成流3的一部分。
塔C32可以在大于或等于90℃，具体地大于或等于100℃，以及更具体地大于或等于110℃的温度操作。温度范围的实例包括100℃至140℃，具体地120℃至250℃和110℃至240℃。塔C32中的操作压力可以大于或等于10毫巴(1kPa)，具体地大于或等于50毫巴(5kPa)，以及更具体地大于或等于100毫巴(10kPa)。压力范围的实例包括50毫巴至3巴(5至300kPa)、50毫巴至1巴(5至100kPa)和200毫巴至900毫巴(20至90kPa)。
在本文公开的一些示例性实施方式中，从第一反应性蒸馏塔C21回收的另外的流(流13)，例如，如之后可以将其进料至第一精馏塔C81的侧线馏分(side draw)，可以有助于减少有效生产碳酸二芳基酯所需的蒸馏塔的总数。例如，流13可以包含碳酸二烷基酯、链烷醇和芳基烷基醚，并且可将其直接进料至塔C81。例如，可以从C81的顶部回收产物流14并且将其再循环至C21。例如，流14可以主要包含碳酸二烷基酯与一些链烷醇。例如，可以通过流12从塔C81的底部除去富含芳基烷基醚的流，可以将其存储在例如储罐中用于进一步的纯化或作为产品出售。从该方法以该方式除去芳基烷基醚可以有助于避免其积累(buildup)。
可以在大于或等于50℃，具体地大于或等于80℃，以及更具体地大于或等于100°的温度操作塔C81。温度范围的实例包括100℃至190℃。塔C81中的操作压力可以大于或等于0.5巴(50kPa)，具体地大于或等于0.7巴(70kPa)，以及更具体地大于或等于1巴(100kPa)。压力范围的实例包括1至4巴(100至400kPa)。
可选地，可以将以上描述的流15送至闪蒸器V51，其中，碳酸二芳基酯、碳酸烷基芳基酯和苯酚可以汽化并且从催化剂和副产生的高沸点物(HB)分离，高沸点物是具有大于或等于碳酸二苯酯(不含催化剂)的沸点的有机物，如苯甲酸苯基-2-甲氧基酯(phenyl-2-methoxy benzonates)、呫吨酮等。然后可以从闪蒸器V51回收流9和10。例如，可以从闪蒸器V51的底部回收流10并且可以包含催化剂、高沸点物和碳酸二芳基酯，其可以被引入至蒸发器C52。可以从闪蒸器V51的顶部回收流9，其可以包含碳酸二芳基酯、碳酸烷基芳基酯和芳香醇，并将其与流11混合以形成流19并且进入位于图2的纯化段704中的塔C61中。闪蒸器V51可以在大于或等于140℃，具体地大于或等于150℃，更具体地大于或等于160°的温度操作。闪蒸器V51中的操作压力可以大于或等于1毫巴(100Pa)，具体地大于或等于10毫巴(1kPa)，以及更具体地大于或等于15毫巴(1.5kPa)。压力范围的实例包括15至150毫巴(1.5至15Pa)。
例如，可以从蒸发器C52的顶部回收流11，并且流11包含与流9混合的碳酸二芳基酯。例如，可以从塔C52的底部回收流20并且将其分成再循环流21以通过与流1混合将催化剂再循环至塔C21和包含废产物的流22以进入用于加工和处置残留物的废物站W。蒸发器C52可以在大于或等于150℃，具体地大于或等于160℃，更具体地大于或等于170°的温度操作。蒸发器C52中的操作压力可以大于或等于1毫巴(100Pa)，具体地大于或等于2毫巴(200Pa)，以及更具体地大于或等于5毫巴(500Pa)。压力范围的实例包括5至50毫巴(500Pa至5kPa)。
可以从作为蒸馏塔操作的第一纯化塔C61回收两个流，流17和23。例如，可以从塔C61的顶部回收以上描述的流17，其可以包含未反应的碳酸烷基芳基酯和芳香醇，并且将其再循环以帮助形成流18，其进入第二反应性蒸馏塔C32。塔C61的温度分布可以是大于或等于30℃，具体地大于或等于60℃。对于塔C61中的温度分布的温度范围的实例是30℃至140℃，具体地60℃至190℃。塔C61中的操作压力可以大于或等于1毫巴(100Pa)，具体地大于或等于5毫巴(500Pa)。压力范围的实例包括10至70毫巴(1至7kPa)。
例如，可以从第一纯化塔C61的底部回收流23并且可以包含碳酸二芳基酯。流23可以可选地进入用于进一步纯化和回收碳酸二芳基酯产物流24(例如，其可以包含纯DPC(仅具有痕量的杂质))的第二纯化塔C62。例如，可以从第二纯化塔C62的底部获得流25，其可以主要包含被送至用于处理和处置的废物站W的废产物。塔C62的温度分布可以大于或等于50℃，具体地大于或等于100℃。对于塔C62中的温度分布的温度范围的实例包括140℃至180℃，具体地150℃至190℃。塔C62中的操作压力可以大于或等于1毫巴(100Pa)，具体地大于或等于5毫巴(500Pa)。压力范围的实例是5至70毫巴(500Pa至7KPa)。
在一些示例性的实施方式如上述的图2的构造中，可以选择和优化塔C21中的条件如温度、压力和碳酸二烷基酯和芳香醇进料的摩尔比，以降低或另外控制在底部产物流6中的例如DMC的浓度。通过示例性的策略的方式，可以避免在以上引用的美国专利US 6,294,684中描述的另外的反应性蒸馏塔，如塔B1，因为，例如，大多数DPC的形成可以有利地仅发生在本文描述的第二反应性蒸馏塔C32中。例如，可以由通过塔C21的底部产物流(流6)与从纯化段704的PMC再循环流(流17)(例如，塔C61塔顶馏分)一起形成流18直接向塔C32进料。因此，来自第一反应性蒸馏塔C21和第二反应性蒸馏塔C32的流体之间没有必要具有另外的塔。通过对比的方法，美国专利US 6,294,884公开了另外的反应性蒸馏塔B1。
作为发明人显著努力的结果，可以淘汰(排除，eliminate)某些工艺装置如以上引用的另外的蒸馏塔B1，和/或不需要将塔C41连接至另外的反应性蒸馏塔(例如，参见美国专利US 6,294,684的塔B2和B1的连接，其在本文的实施方式中是不需要的)。因此，塔C41可以显示增加的灵活性，其可以产生其他的优势。例如，通过使用热载体作为低压蒸汽(lowpressure steam，LLS)，从塔C21释放的冷凝负荷(duty)满足塔C41的再沸器负荷，可以将塔C41的操作压力直接或间接地方便调整成热集成。更具体地，如图3A中所示，塔C41的再沸器也可以是塔C21的冷凝器，反之亦然。因此，用于塔C41的再沸器的加热介质可以是来自塔C21的冷凝蒸汽。尽管可以将相同的装置用于C21的冷凝器和C41的再沸器二者，但是可以使用另外的热交换器，因为冷凝来自C21的蒸汽所需的热量一般大于C41的再沸器所需的热量。同样如图3B中所示，可以将来自C21的冷凝负荷用于由低压水冷凝物(LLC)产生低压蒸汽(LLS)，同时，LLC可以用作塔C41的再沸器的加热介质。在另一个示例性的实施方式中，独立操作塔C41允许对例如甲醇/DMC共沸混合物中的甲醇的比例进行调整。通过增加沿C41塔的压力分布可以获得不同的共沸组合物。可以回收并且再循环富含DMC的流以将其从例如塔C41的底部进料至塔C21。在一些示例性的实施方式中，例如，使C41与另外的反应性蒸馏塔解除连接允许对甲醇/DMC共沸混合物流(流7)中的DMC的量进行调整。
在一个实施方式中，用于生产碳酸二芳基酯的方法可以包括：将包含碳酸二芳基酯、芳香醇和酯交换反应催化剂的反应物引入至第一反应性蒸馏塔(C21)中以生产碳酸烷基芳基酯和烷基醇；从第一反应性蒸馏塔(C21)回收包含碳酸二烷基酯和烷基醇的第一顶部流(流5)、包含碳酸烷基芳基酯、芳香醇、碳酸二烷基酯、芳基烷基醚和酯交换反应催化剂的第一底部流(流6)以及包含碳酸二烷基酯、芳基烷基醚和烷基醇的第一侧部流(流13)；将第一底部流(流6)引入至第二反应蒸馏塔(C32)而不通过另一个反应性蒸馏塔以通过碳酸烷基芳基酯的歧化反应生产碳酸二芳基酯；从第二反应性蒸馏塔(C32)回收包含碳酸二芳基酯和碳酸烷基芳基酯的第二底部流(流15)以及包含芳香醇、烷基芳基醚和碳酸二烷基酯的第二顶部流(流16)，并且可选地将第二顶部流(流16)再循环至第一反应性蒸馏塔(C21)；将第一侧部流(流13)引入至第一精馏塔(C81)；从第一精馏塔(C81)回收包含烷基芳基醚的第三底部流(流12)和包含碳酸二烷基酯和烷基醇的第三顶部流(流14)，并且可选地将第三顶部流(流14)再循环至第一反应性蒸馏塔(C21)；将第一顶部流(流5)引入至第二精馏塔(C41)；以及从第二精馏塔(C41)回收包含碳酸二烷基酯/烷基醇共沸混合物的第四顶部流(流7)和包含碳酸二烷基酯的第四底部流(流8)，并且可选地将第四底部流(流8)再循环至第一反应性蒸馏塔(C21)。
在该方法的不同实施方式中：(i)该方法可以进一步包括将第二底部流(流15)引入至闪蒸器(V51)，从闪蒸器(V51)回收包含催化剂和碳酸二芳基酯的第五底部流(流10)和包含碳酸二芳基酯、碳酸烷基芳基酯和芳香醇的第五顶部流(流9)，将第五底部流(流10)引入至蒸发器(C52)，以及从蒸发器(C52)回收包含碳酸二芳基的第六顶部流(流11)和包含催化剂和碳酸二芳基酯的第六底部流(流20)，以及可选地将催化剂再循环至第一反应性蒸馏塔(C21)；和/或(ii)该方法可以进一步包括将第六顶部流(流11)引入至第一纯化蒸馏塔(C61)，从第一纯化塔(C61)回收包含碳酸二芳基酯的第七底部流(流23)和包含未反应的碳酸芳基烷基酯和烷基醇的第七顶部流(流17)，并且可选地将第七顶部流(流17)再循环至第二反应性蒸馏塔(C32)，将第七底部流(流23)引入至第二纯化塔(C62)，以及从第二纯化塔(C62)回收包含碳酸二芳基酯的第八顶部流(流24)和包含废产物的第八底部流(流25)；和/或(iii)第一反应性蒸馏塔(C21)可以保持在120℃至270℃的温度，并且第一反应性蒸馏塔(C21)的顶部保持在4至6巴(400至600kPa)的压力；和/或(iv)第二反应性蒸馏塔(C32)可以保持在140℃至240℃的温度，并且第二反应性蒸馏塔(C32)的顶部保持在0.2至0.9巴(20至90kPa)的压力；和/或(iv)可以将第一精馏塔(C81)保持在100℃至190℃的温度，并且将塔(C81)的顶部保持在1至3巴(100至300kPa)的压力；和/或(v)第二精馏塔(C41)可以保持在50℃至110℃下，并且塔(C41)的顶部保持在0.5至2巴(50至200kPa)压力；和/或(vi)第一纯化塔(C61)可以保持在60℃至190℃的温度，并且塔(C61)的顶部保持在10至70毫巴(1至7kPa)的压力；和/或(vii)催化剂可以包括四苯氧基钛；和/或(viii)第一精馏塔(C41)可以包括再沸器，并且其中，来自第一反应性蒸馏塔(C21)的冷凝热向第二精馏塔(C41)的再沸器提供热量；和/或(ix)碳酸二烷基酯可以包括碳酸二甲酯；和/或(x)碳酸二芳基酯包括碳酸二苯酯；和/或(xi)芳香醇包括苯酚；和/或(xii)碳酸烷基芳基酯包括碳酸甲基苯基酯；和/或(xiii)芳基烷基醚包括甲基苯基醚；和/或(xiv)烷基醇包括甲醇；和/或(xv)碳酸二烷基酯是碳酸二甲酯，碳酸二芳基酯是碳酸二苯酯，芳香醇是苯酚，碳酸烷基芳基酯是碳酸甲基苯基酯，芳基烷基醚是甲基苯基醚，并且烷基醇是甲醇；和/或(xvi)催化剂包括钛化合物、有机锡化合物、或包括上述催化剂中的至少一种的组合；和/或(xvii)催化剂包括四苯氧基钛、异丙醇钛、四氯化钛、或包括上述催化剂中的至少一种的组合。
在一个实施方式中，用于在酯交换催化剂存在下通过碳酸二烷基酯和芳香醇的反应连续生产碳酸二芳基酯的装置可以包括：第一反应性蒸馏塔(C21)、第二反应性蒸馏塔(C32)、第一精馏塔(C81)、第二精馏塔(C41)和用于输送反应物流和产物流的多条管线。第一反应性蒸馏塔(C21)可以连接至用于引入反应物的输入管线，并且连接至第一输送管线、第二输送管线和第三输送管线，第一输送管线从第一反应性蒸馏塔(C21)(例如，其顶部)延伸至第二精馏塔(C41)的入口，第二输送管线从第一反应性蒸馏塔(C21)的底部延伸至第二反应性蒸馏塔(C32)的入口而不通过另一个反应性蒸馏塔，并且第三输送管线从第一反应性蒸馏塔(C31)的侧部延伸至第一精馏塔(C81)的入口。第二反应性蒸馏塔(C32)可以可选地连接至第一再循环管线和第四输送管线，第一再循环管线从第二反应性蒸馏塔(C32)(例如，其顶部)延伸至第一反应性蒸馏塔(C21)的入口，第四输送管线从第二反应性蒸馏塔(C32)的底部延伸用于提供碳酸二芳基酯。第一精馏塔(C81)可以连接至第五输送管线和从第一精馏塔(C81)延伸(例如，从第一精馏塔(C81)的底部延伸)用于提供烷基芳基醚的第一产物管线，第五输送管线从第一精馏塔(C81)(例如，其顶部)延伸至第一反应性蒸馏塔(C21)的入口。可以将第二精馏塔(C41)连接至用于从第二精馏塔(C41)(例如，从其顶部)提供碳酸二烷基酯/烷基醇共沸混合物的第二产物管线，以及可选地连接至从第二精馏塔(C41)(例如，从其底部)延伸至第一反应性蒸馏塔(C21)(例如，其底部)的第二再循环管线。
在该装置的不同实施方式中：(i)该装置可以进一步包括闪蒸器(V51)、蒸发器(C52)和第一纯化塔(C61)，其中，闪蒸器(V51)连接至第六管线和第七管线，第六管线从闪蒸器(V51)(例如，其顶部)延伸至第一纯化塔(C61)的入口，并且第七管线从闪蒸器(V51)的底部延伸至蒸发器(C52)的入口；和/或(ii)可以可选地将蒸发器(C52)连接至第八管线和第三再循环管线，第八管线从蒸发器(C52)(例如，其顶部)延伸至第一纯化塔(C61)的入口，并且第三再循环管线从蒸发器(C52)的底部延伸至第一反应性蒸馏塔(C21)的入口；和/或(iii)该装置可以进一步包括第二纯化塔(C62)，其中，第一纯化塔(C61)可选地连接至第四再循环管线和第九管线，第四再循环管线从第一纯化塔(C61)(例如，其顶部)延伸至第二反应性蒸馏塔(C32)的入口，并且第九管线从第一纯化塔(C61)的底部延伸至第二纯化塔(C62)的入口；和/或(iv)第二纯化塔(C62)连接至第三产物管线和第四产物管线，第三产物管线从第二纯化塔(C62)(例如，其顶部)延伸用于提供碳酸二芳基酯，并且第四产物管线从第二纯化塔(C62)的底部延伸用于提供废物流；和/或(v)第二精馏塔(C41)包括再沸器，并且其中，来自第一反应性蒸馏塔(C21)的冷凝热向第二精馏塔(C41)的再沸器提供热量；和/或(vi)碳酸二烷基酯可以包括碳酸二甲酯；和/或(vii)碳酸二芳基酯包括碳酸二苯酯；和/或(viii)芳香醇包括苯酚；和/或(ix)碳酸烷基芳基酯包括碳酸甲基苯基酯；和/或(x)芳基烷基醚包括甲基苯基醚；和/或(xi)烷基醇包括甲醇；和/或(xii)碳酸二烷基酯是碳酸二甲酯，碳酸二芳基酯是碳酸二苯酯，芳香醇是苯酚，碳酸烷基芳基酯是碳酸甲基苯基酯，芳基烷基醚是甲基苯基醚，并且烷基醇是甲醇；和/或(xiii)催化剂包括钛化合物、有机锡化合物或包括上述催化剂中的至少一种的组合；和/或(xiv)催化剂包括四苯氧基钛、异丙酸钛、四氯化钛或包括上述催化剂中的至少一种的组合。
根据实施方式，通过以下非限制性实施例进一步说明以上描述的方法和装置。应注意的是以下实施例部分基于用于如例如图2中所示的生产设施的计算机模拟。
实施例
在该实施例中并且参考以上描述的图2，将13,939千克/小时(kg/h)的新鲜苯酚(PhOH)(流1)与38,342kg/h的酚的再循环流(流16)(72.8重量百分数(wt％)的苯酚(PhOH)、26.9wt％碳酸二甲酯、0.01wt％甲醇(MeOH)和0.01wt％苯甲醚)混合并且预热至147℃。
然后，将2,031kg/h的从该方法的纯化段704回收的包含66.8wt％四苯氧基钛催化剂、20.0wt％碳酸二苯酯和13.2wt％的高沸点化合物的再循环催化剂(流21)与苯酚流1和流16合并，并且在中间高度处进料至第一反应性蒸馏塔(C21)。为了补偿吹扫导致的催化剂损失，将176kg/h的新鲜催化剂(流0)(包含25wt％的四苯氧基钛催化剂和75wt％的苯酚)连续进料至催化剂再循环环路。另外，将8,794kg/h的纯DMC(流2)与37,884kg/h的DMC的再循环流(流8，为基本上纯的DMC(大于99wt％纯度))混合，并且直接进料至第一反应性蒸馏塔C21的再沸器。
第一反应性蒸馏塔C21在精馏段包括大于或等于20个蒸馏塔板并且在气提(stripping)段包括大于或等于24个具有0.7立方米(m3)的滞留量(hold-up)的反应性塔板。具有5m3的滞留量的釜式再沸器提供塔的热量。第一反应性蒸馏塔C21也配备有冷凝器。温度和压力分布分别是在再沸器中的241℃和5.1巴(510kPa)和在塔的顶部的127℃和4.7巴(470kPa)。
蒸馏速率(流5)是44,730kg/h，包含89.2wt％的DMC和10.7wt％的甲醇，同时第一反应性蒸馏塔C21的回流比是1.55。底部速率(流6)是56,297kg/h，具有49.6wt％的苯酚、32.6wt％的PMC、8.7wt％的DMC、6.0wt％的DPC、2.5wt％的催化剂、0.5wt％的高沸点化合物、0.06wt％的甲醇和0.04wt％的苯甲醚的组成。
从精馏段的第七板(从上计算)的液相提取4,000kg/h的侧线馏分(流13)(91.3wt％的DMC、7.1wt％的苯甲醚、1.5wt％的MeOH、0.07wt％的PhOH)。将该侧线馏分流进料至第一精馏塔C81的顶板，第一精馏塔C81包括大于或等于9个气提板、冷凝器和再沸器。从塔C81作为底部产物获得并且从该方法除去包含98.9wt％的苯甲醚、1.0wt％的苯酚和0.1wt％DMC的138kg/h的富含苯甲醚的流(流12)，同时从塔C81作为馏出物(流14)获得3,862kg/h的包含94.6wt％的DMC、3.8wt％的苯甲醚和1.6wt％的甲醇的富含苯甲醚的流并且再循环回第一反应性蒸馏塔C21的第七板。
将来自第一反应性蒸馏塔C21的馏出物产物(流5)进料至第二精馏塔C41的第15板，第二精馏塔C41包括大于或等于28个板、冷凝器和再沸器。第二精馏塔C41产生再循环回第一反应性蒸馏塔C21的再沸器的富含DMC的流(流8)。在1.39巴(139kPa)的压力在塔的顶部，使用3.6的回流比，第一精馏塔C41产生6,847kg/h的具有接近共沸混合物甲醇/DMC(70.0wt％的甲醇、29.2wt％的DMC、0.8wt％的CO2)的组成的流(流7)。将来自第一反应性蒸馏塔C21的底部产物流6和4,240kg/h的再循环PMC(流17)(包含92.3wt％的PMC、3.8wt％的苯酚、2.7wt％的DPC和1.2wt％的DMC)进料至在其底部段发生PMC歧化反应的第二反应性蒸馏塔C32。从第二反应性蒸馏塔C32获得富含苯酚的顶部流(流16)并且将其再循环至第一反应性蒸馏塔C21，同时将包含56,297kg/h的含有49.6wt％的PhOH、32.6wt％的PMC、8.7wt％的DMC、2.5wt％的催化剂和0.5wt％的高沸点化合物的流15送至闪蒸器V51和装置的纯化段的剩余部分，以最终获得作为该纯化段的出口物的仅具有痕量杂质(即，基于纯DPC的总重量少于0.01wt％的杂质)的15,764kg/h的纯DPC(流24)。
除了减少管道和工艺装置外，与生产相同量的DPC的其他设计相比，本文公开的实施方式可以例如节省大于或等于10％、具体地大于或等于15％、以及甚至大于或等于19％的操作能量消耗。例如，与本文描述的实施方式比较，以下表1示出了对于使用比较方法(例如，在美国专利号US 7,141,641B2中所描述)15吨/小时(ton/h)的DPC生产的起始材料消耗、苯甲醚产生和能量消耗的详细比较。
总体上，实施方式可以可替代地包括(例如，包含(include))在本文中公开的任何适当的组分，由它们组成，或基本上由它们组成。可以另外地、或可替代地制定实施方式以便没有或基本上不含任何在现有技术组合中使用的或另外地对实现实施方式的功能和/或目的来说并非必需的组分、材料、配料、辅料或物质。
如本文所使用的，基于产物的总重量，痕量是小于0.01wt％的量。在此公开的所有范围都包含端点，并且端点彼此能够独立地组合(例如，最高达25wt％，或者更具体地5wt％至20wt％”的范围包括端点和“5wt％至25wt％”的范围的所有中间值)。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。此外，本文中的术语“第一”、“第二”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于区别一个要素与另一要素。除非本文指出或上下文明显矛盾，否则本文中的术语“一个(a)”和“一种(an)”以及“该(the)”不表示数量的限制，而应被解释为涵盖单数和复数。如本文中所用的后缀“(s)”旨在包括其修饰的术语的单数和复数两者，从而包括一个或多个该术语(例如，膜包括一个膜或者多个膜)。贯穿说明书提及“一个实施方式”、“另一个实施方式”、“一种实施方式”等，指与实施方式相关联描述的特别要素(例如，特征、结构和/或特性)包括在本文中所述的至少一个实施方式中，并且可以存在或可以不存在于其它实施方式中。此外，应理解的是，所述要素可以以任何合适的形式组合在不同实施例中。
尽管已描述了特定的实施方式，但申请人或本领域技术人员可以想到目前无法预料或可能无法预料的替代、修改、变化、改进和实质等价物。因此，提交且可以修改的附加权利要求旨在包括所有这些替代、改变、变化、改进、以及实质等同物。
Claims (20)
1.一种用于生产碳酸二芳基酯的方法，包括：
将包含碳酸二烷基酯、芳香醇和酯交换反应催化剂的反应物引入至第一反应性蒸馏塔(C21)以生产碳酸烷基芳基酯和烷基醇；
从所述第一反应性蒸馏塔(C21)回收包含碳酸二烷基酯和烷基醇的第一顶部流(流5)，包含碳酸烷基芳基酯、芳香醇、碳酸二烷基酯、芳基烷基醚和酯交换反应催化剂的第一底部流(流6)，以及包含碳酸二烷基酯、芳基烷基醚和烷基醇的第一侧部流(流13)；
将所述第一底部流(流6)引入至第二反应性蒸馏塔(C32)而不通过另一个反应性蒸馏塔以通过所述碳酸烷基芳基酯的歧化反应生产碳酸二芳基酯；
从所述第二反应性蒸馏塔(C32)回收包含碳酸二芳基酯和碳酸烷基芳基酯的第二底部流(流15)以及包含芳香醇、烷基芳基醚和碳酸二烷基酯的第二顶部流(流16)，并且可选地将所述第二顶部流(流16)再循环至所述第一反应性蒸馏塔(C21)；
将所述第一侧部流(流13)引入至第一精馏塔(C81)；
从所述第一精馏塔(C81)回收包含烷基芳基醚的第三底部流(流12)以及包含碳酸二烷基酯和烷基醇的第三顶部流(流14)，并且可选地将所述第三顶部流(流14)再循环至所述第一反应性蒸馏塔(C21)；
将所述第一顶部流(流5)引入至第二精馏塔(C41)；以及
从所述第二精馏塔(C41)回收包含碳酸二烷基酯/烷基醇共沸混合物的第四顶部流(流7)以及包含碳酸二烷基酯的第四底部流(流8)，并且可选地将所述第四底部流(流8)再循环至所述第一反应性蒸馏塔(C21)。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
将所述第二底部流(流15)引入至闪蒸器(V51)；
从所述闪蒸器(V51)回收包含催化剂和碳酸二芳基酯的第五底部流(流10)以及包含碳酸二芳基酯、碳酸烷基芳基酯和芳香醇的第五顶部流(流9)；
将所述第五底部流(流10)引入至蒸发器(C52)；以及
从所述蒸发器(C52)回收包含碳酸二芳基酯的第六顶部流(流11)以及包含催化剂和碳酸二芳基酯的第六底部流(流20)，并且将所述催化剂再循环至第一反应性蒸馏塔(C21)。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
将所述第六顶部流(流11)引入至第一纯化蒸馏塔(C61)；
从所述第一纯化塔(C61)回收包含碳酸二芳基酯的第七底部流(流23)以及包含未反应的碳酸芳基烷基酯和烷基醇的第七顶部流(流17)，并且将所述第七顶部流(流17)再循环至所述第二反应性蒸馏塔(C32)；
将所述第七底部流(流23)引入至第二纯化塔(C62)；以及
从所述第二纯化塔(C62)回收包含碳酸二芳基酯的第八顶部流(流24)以及包含废产物的第八底部流(流25)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述第一反应性蒸馏塔(C21)保持在120℃至270℃的温度，并且所述第一反应性蒸馏塔(C21)的顶部保持在4至6巴(400至600kPa)的压力。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述第二反应性蒸馏塔(C32)保持在140℃至240℃的温度，并且所述第二反应性蒸馏塔(C32)的顶部保持在0.2至0.9巴(20至90kPa)的压力。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述第一精馏塔(C81)保持在100℃至190℃的温度，并且所述塔(C81)的顶部保持在1至3巴(100至300kPa)的压力。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述第二精馏塔(C41)保持在50℃至110℃，并且所述塔(C41)的顶部保持在0.5至2巴(50至200kPa)的压力。
8.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一纯化塔(C61)保持在60℃至190℃的温度，并且所述塔(C61)的顶部保持在10至70毫巴(1至7kPa)的压力。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述催化剂包括钛化合物、有机锡化合物或包括上述催化剂中的至少一种的组合。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述催化剂包括四苯氧基钛、异丙醇钛、四氯化钛或包括上述催化剂中的至少一种的组合。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述催化剂包括四苯氧基钛。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述第一精馏塔(C81)包括再沸器，并且其中，所述第一反应性蒸馏塔(C21)的冷凝热向所述第二精馏塔(C41)的再沸器提供热量。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述碳酸二烷基酯包括碳酸二甲酯，所述碳酸二芳基酯包括碳酸二苯酯，所述芳香醇包括苯酚，所述碳酸烷基芳基酯包括碳酸甲基苯基酯，所述芳基烷基醚包括甲基苯基醚，并且所述烷基醇包括甲醇。
14.一种用于通过在酯交换反应催化剂的存在下使碳酸二烷基酯和芳香醇反应连续生产碳酸二芳基酯的装置，包括：
第一反应性蒸馏塔(C21)、第二反应性蒸馏塔(C32)、第一精馏塔(C81)、第二精馏塔(C41)和用于输送反应物流和产物流的多条管线；
其中，所述第一反应性蒸馏塔(C21)连接至用于引入反应物的输入管线，并且连接至第一输送管线、第二输送管线和第三输送管线，所述第一输送管线从所述第一反应性蒸馏塔(C21)的顶部延伸至所述第二精馏塔(C41)的入口，所述第二输送管线从所述第一反应性蒸馏塔(C21)的底部延伸至所述第二反应性蒸馏塔(C32)的入口而不通过另一个反应性蒸馏塔，并且所述第三输送管线从所述第一反应性蒸馏塔(C21)的侧部延伸至所述第一精馏塔(C81)的入口；
其中，所述第二反应性蒸馏塔(C32)可选地连接至第一再循环管线和第四输送管线，所述第一再循环管线从所述第二反应性蒸馏塔(C32)的顶部延伸至所述第一反应性蒸馏塔(C21)的入口，所述第四输送管线从所述第二反应性蒸馏塔(C32)的底部延伸用于提供碳酸二芳基酯；
其中，所述第一精馏塔(C81)连接至第五输送管线和从所述第一精馏塔(C81)的底部延伸用于提供烷基芳基醚的第一产物管线，所述第五输送管线从所述第一精馏塔(C81)的顶部延伸至所述第一反应性蒸馏塔(C21)的入口；并且
其中，所述第二精馏塔(C41)连接至用于从所述第二精馏塔(C41)的顶部提供碳酸二烷基酯/烷基醇共沸混合物的第二产物管线，并且可选地连接至从所述第二精馏塔(C41)的底部延伸至所述第一反应性蒸馏塔(C21)的底部的第二再循环管线。
15.根据权利要求14所述的装置，进一步包括闪蒸器(V51)、蒸发器(C52)和第一纯化塔(C61)，其中，所述闪蒸器(V51)连接至第六管线和第七管线，所述第六管线从所述闪蒸器(V51)的顶部延伸至所述第一纯化塔(C61)的入口，并且所述第七管线从所述闪蒸器(V51)的底部延伸至所述蒸发器(C52)的入口。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述蒸发器(C52)连接至第八管线和第三再循环管线，所述第八管线从所述蒸发器(C52)的顶部延伸至所述第一纯化塔(C61)的入口，并且所述第三再循环管线从所述蒸发器(C52)的底部延伸至所述第一反应性蒸馏塔(C21)的入口。
17.根据权利要求14-16中任一项所述的装置，进一步包括第二纯化塔(C62)，其中，所述第一纯化塔(C61)连接至第四再循环管线和第九管线，所述第四再循环管线从所述第一纯化塔(C61)的顶部延伸至所述第二反应性蒸馏塔(C32)的入口，并且所述第九管线从所述第一纯化塔(C61)的底部延伸至所述第二纯化塔(C62)的入口。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述第二纯化塔(C62)连接至第三产物管线和第四产物管线，所述第三产物管线从所述第二纯化塔(C62)的顶部延伸用于提供碳酸二芳基酯，并且所述第四产物管线从所述第二纯化塔(C62)的底部延伸用于提供废物流。
19.根据权利要求14-16中任一项所述的装置，其中，所述第二精馏塔(C41)包括再沸器，并且其中，来自所述第一反应性蒸馏塔(C21)的冷凝热向所述第二精馏塔(C41)的所述再沸器提供热量。
20.根据权利要求14-16中任一项所述的装置，其中，所述碳酸二烷基酯包括碳酸二甲酯，所述碳酸二芳基酯包括碳酸二苯酯，所述芳香醇包括苯酚，所述碳酸烷基芳基酯包括碳酸甲基苯基酯，所述烷基芳基醚包括甲基苯基醚，并且所述烷基醇包括甲醇。
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