CN104418751B - 碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种产品纯度达电池级要求的碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺，在精馏塔的上部进料，在精馏塔的提馏段侧线采出，侧线采出的合格产物经循环水冷却器冷却后送入成品罐;在常压状态保持塔顶温度为85℃～88℃，塔釜温度为91℃～95℃，塔顶气相出料经过塔顶冷凝器进入气液分离器，气液分离器中的碳酸二甲酯一部分回流至精馏塔上端，其余部分送入塔顶塔釜收集罐中，气液分离器与成品罐的放空口与分子筛放空缓冲罐相连并经过分子筛放空缓冲罐后放空。本发明还公开了一种用于上述提纯工艺的装置。应用本发明所述的工艺和装置，可将精品级DMC溶剂的纯度提高到电池级DMC溶剂的品质要求。

Description

碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺及装置
技术领域
本发明属于化工分离技术领域，尤其涉及到从碳酸二甲酯、甲醇、水与碳酸甲乙酯等重组分混合体系中分离提纯碳酸二甲酯的技术领域。
背景技术
碳酸二甲酯(DMC)与甲醇存在共沸，其常压共沸点为63℃，共沸物组成以重量计为甲醇70%(Wt)，DMC为30%(Wt)，用普通的精馏方法无法得到纯品。现有技术文献报道的分离工艺主要有:加压精馏、共沸精馏、萃取精馏及膜分离技术。
上述分离工艺存在的缺点是:加压精馏设备制造要求高、投资大、操作难以控制，且塔釜温度过高，容易导致DMC微量分解;共沸精馏与萃取精馏则容易引入第三方杂质、溶剂用量大、多塔操作，设备投资较大。上述方法目前可以获得精品级DMC产品，其中DMC含量≤99.9%(Wt)，水分≥120ppm、甲醇≥150ppm、碳酸甲乙酯等重组分≥130ppm。而精品级DMC并不能满足电池级DMC的品质要求。膜分离技术至今尚未见到成功应用于工业化生产的报道。
水和甲醇影响电池的充放电容量与次数，即电池寿命;碳酸甲乙酯等组分主要影响电解液的色度;而进一步提升电解液的品质、延长电池的寿命，就必须尽量脱除碳酸二甲酯中的水、甲醇与重组分等杂质，使其满足电池级碳酸二甲酯的质量指标要求，即醇含量≤20ppm、水含量≤8ppm、碳酸二甲酯含量≥99.99%。
国内目前普遍的做法是购买精品级的DMC溶剂，通过分子筛吸附方法，脱除体系中的水与甲醇，实际生产表明，吸附后DMC体系中水份可达8ppm，但醇含量依然较高，达100ppm左右，重组分依然不变，且碳酸二甲酯有一定损耗，相应的产生较多的分子筛固废。
为此寻求一种提纯工艺及装置，进一步提纯精品级DMC的纯度，降低其体系中水、醇、以及重组分等杂质含量，使其直接达到电池级DMC的品质要求，显得尤为重要。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是:提供一种经济适用、操作简易、产品纯度能达到电池级品质要求的碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺。本发明要解决的第二个技术问题是:提供一种用于上述的碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺的装置。
为解决上述第一个技术问题，本发明采用了以下技术方案。
所述的碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺，其特点是:在精馏塔的上部进料、在精馏塔的提馏段侧线采出，侧线采出的合格产物经循环水冷却器冷却后送入成品罐;其具体工艺过程为:进料后当塔釜液位达75～85%时，停止进料;开启塔顶冷凝器循环水，在常压状态开始升温，塔顶温度为85℃～88℃，塔釜温度为91℃～95℃，同时确保气液分离器与成品罐放空阀打开;塔顶出料经过塔顶冷凝器进入气液分离器，气液分离器中的碳酸二甲酯一部分塔顶回流，其余部分作为塔顶采出料送入塔顶塔釜收集罐中，气液分离器的放空口以及成品罐的放空口均与分子筛放空缓冲罐相连并经过分子筛放空缓冲罐后放空;当气液分离器中液位达到35～40%时，保持全塔回流，同时关闭侧线采出管路、打开侧线循环管路，保持同步侧线循环，在此过程中侧线密闭取样分析醇含量与水份，当醇含量≤20ppm、水含量≤8ppm、碳酸二甲酯含量≥99.99%时，开启进料泵继续进料，同时关闭侧线循环管路、打开侧线采出管路，切换成侧线采出工作状态，同时开启循环水冷却器，使侧线采出后的产物降温至35℃～40℃后再送入成品罐。
进一步地，前述的碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺，其中，精馏塔的塔釜采出料也送入塔顶塔釜收集罐中，并且将塔顶塔釜收集罐中收集的混合料与新鲜的物料一起从精馏塔的上部进入精馏塔进行重新提纯。
为解决上述第二个技术问题，本发明采用了以下技术方案。
所述的用于碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺的装置，包括:精馏塔，精馏塔的上段为精馏段、下段为提馏段，进料泵进口与原料罐相连通，进料泵出口与精馏塔的上部进料口相连通，精馏塔的塔顶采出口通过塔顶冷凝器后与气液分离器进料口相连通，气液分离器出料口分别与精馏塔回流口和塔顶塔釜收集罐进料口相连通;精馏塔的提馏段侧线采出口经过侧线循环泵后分成二路，一路通过侧线循环管路接至提馏段侧线回流口，另一路通过侧线采出管路接至循环水冷却器冷却后与成品罐进料口相连通;气液分离器的放空口以及成品罐的放空口均与分子筛放空缓冲罐相连并经过分子筛放空缓冲罐后放空;精馏塔的塔釜采出口也与塔顶塔釜收集罐进料口相连通;塔顶塔釜收集罐出料口与原料罐相连通。
进一步地，前述的用子碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺的装置，其中，精馏塔中侧线采出段上端采用BX-500丝网填料，侧线采出段下端采用CY-700丝网填料;精馏塔中的分布器采用窄糟液体分布器。
进一步地，前述的用于碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺的装置，其中，提馏段侧线采出使用集液体收集与分布于一体的糟盘式液体收集器。
进一步地，前述的用于碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺的装置，其中，精馏塔中的填料段数为四段，其中精馏段为一段，精馏段填料高度为2500毫米;提馏段为三段，提馏段填料高度为7500毫米。
进一步地，前述的用于碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺的装置，其中，精馏段理论板数为八块，提馏段理论板数为二十七块。
进一步地，前述的用于碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺的装置，其中，精馏塔设置有塔釜再沸器。
本发明的有益效果:从精馏塔上部进料进行精馏，同时从提馏段侧线采出，这样在脱除甲醇与水的同时，又能切除部分重组分，从而能提高产物的色度;精馏与产品贮存系统通过装有分子筛的缓冲罐放空，从而与空气隔绝，形成密闭常压系统，外部水份不能进入，确保DMC品质。本发明所述工艺在常压下操作，简易便捷，设备投资小，能耗低，产品纯度高，不引入第三方杂质。应用本发明所述的工艺和装置，可将精品级DMC溶剂的纯度提高到电池级DMC溶剂的品质要求。
附图说明
图1是本发明所述的用于碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明所述的碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺及装置作进一步的说明。
参见图1所示，本发明所述的用于碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺的装置，包括:精馏塔2，精馏塔2的上段为精馏段、下段为提馏段，进料泵1进口与原料罐11相连通，进料泵1出口与精馏塔2的上部进料口24相连通，精馏塔2的塔顶采出口22通过塔顶冷凝器9后与气液分离器8进料口82相连通，气液分离器8出料口83分别与精馏塔2回流口21和塔顶塔釜收集罐6进料口61相连通;精馏塔2的提馏段侧线采出口经过侧线循环泵41后分成二路，一路通过侧线循环管路接至提馏段侧线回流口25，另一路通过侧线采出管路接至循环水冷却器4冷却后与成品罐5进料口52相连通;气液分离器8的放空口81以及成品罐5的放空口51均与分子筛放空缓冲罐7相连并经过分子筛放空缓冲罐7后放空，分子筛放空缓冲罐7中设置有分子筛71;精馏塔2的塔釜采出口26也与塔顶塔釜收集罐6进料口61相连通;塔顶塔釜收集罐6出料口62与原料罐11相连通。本实施例中，精馏塔2中的填料段23为四段，其中精馏段为一段，精馏段填料高度为2500毫米;提馏段为三段，提馏段填料高度为7500毫米。精馏塔中侧线采出段上端采用BX-500丝网填料，侧线采出段下端采用CY-700丝网填料;本实施例中将二种填料组合使用，能保证传质效率。本实施例中，精馏塔2中的分布器采用窄糟液体分布器;提馏段侧线采出使用集液体收集与分布于一体的糟盘式液体收集器;精馏段理论板数为八块，提馏段理论板数为二十七块;精馏塔2设置有塔釜再沸器3。
本发明所述的碳酸二甲酯单塔常压连续提成工艺，其特点是:在精馏塔2的上部进料进行精馏，在精馏塔2的提馏段侧线采出，侧线采出的合格产物经循环水冷却器4冷却后送入成品罐5;其具体工艺过程为:进料后当塔釜液位达75～85%时，停止进料;开启塔顶冷凝器9循环水，在常压状态开始升温，塔顶温度为85℃～88℃，塔釜温度为91℃～95℃，同时确保气液分离器8与成品罐5放空阀打开;塔顶出料经过塔顶冷凝器9进入气液分离器8，气液分离器8中的碳酸二甲酯一部分回流至精馏塔2上端，其余部分作为塔顶采出料送入塔顶塔釜收集罐6中，气液分离器8和成品罐5的放空口81、51均与分子筛放空缓冲罐7相连并经过分子筛放空缓冲罐7后放空;当气液分离器8中液位达到35～40%时，保持全塔回流，同时关闭侧线采出管路、打开侧线循环管路，保持同步侧线循环，在此过程中侧线密闭取样分析醇含量与水份，当醇含量≤20ppm、水含量≤8ppm、碳酸二甲酯含量≥99.99%时，开启进料泵1继续进料，同时关闭侧线循环管路、打开侧线采出管路，切换成侧线采出工作状态，同时开启循环水冷却器4，使侧线采出后的产物降温至35℃～40℃后再送入成品罐5，这样冷却后的产物便于封存。本实施例在实际操作中，将精馏塔2的塔釜采出料也送入塔顶塔釜收集罐6中，并且将塔顶塔釜收集罐6中收集的混合料与新鲜的物料一起从精馏塔2的上部进入精馏塔2进行重新提纯，以降低损耗，使DMC的总回收率可达95%。
下面表1说明了设备构造情况。
表1
下面例举几个具体操作实例来对本发明作进一步描述。
实施例1。
常压状态下连续精馏，进料量为300kg/h，塔顶采出量为40kg/h，侧线采出量为240kg/h，塔釜采出量为20kg/h，回流比为20;全部以新鲜精品级DMC溶剂为原料，总处理量40000kg为一个操作周期，塔顶塔釜采出料共计8000kg，侧线采出电池级DMC为32000kg，DMC回收率为80%，精馏塔的操作条件及结果见表2。
实施例2。
常压状态下连续精馏，进料量为300kg/h，塔顶采出量为40kg/h，侧线采出量为240kg/h，塔釜采出量为20kg/h，回流比为20;以实施例1所得8000kg塔顶塔釜混合料与新鲜精品级DMC溶剂的混合料为原料，总处理量48000kg为一个操作周期，塔顶塔釜采出料共计9600kg，侧线采出电池级DMC为38400kg，DMC回收率为80%，精馏塔的操作条件及结果见表2。
实施例3。
常压状态下连续精馏，进料量为300kg/h，塔顶采出量为40kg/h，侧线采出量为240kg/h，塔釜采出量为20kg/h，回流比为20;以实施例2所得9600kg塔顶塔釜混合料与新鲜精品级DMC溶剂的混合料为原料，总处理量49600kg为一个操作周期，塔顶塔釜采出料共计9920kg，侧线采出电池级DMC为39680kg，DMC回收率为80%，精馏塔的操作条件及结果见表2。
实施例4。
常压状态下连续精馏，进料量为300kg/h，塔顶采出量为40kg/h，侧线采出量为240kg/h，塔釜采出量为20kg/h，回流比为20;以实施例3所得9920kg塔顶塔釜混合料与新鲜精品级DMC溶剂的混合料为原料，总处理量49920kg为一个操作周期，塔顶塔釜采出料共计9980kg，侧线采出电池级DMC为39940kg，DMC回收率为80%，精馏塔的操作条件及结果见表2。
从上述四个实施例可知，最终损耗的DMC混合液为9980kg，精品级DMC总处理量为160000kg，DMC总回收率为93.8%。而最终混合液9980kg可以再次精馏提纯获得纯度略低的DMC溶剂，可以作为低端电解液的主溶剂，因此总的来看，DMC回收率可达95%以上。
表2

Claims (8)

1.碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺，其特征在于：在精馏塔的上部进料、在精馏塔的提馏段侧线采出，侧线采出的合格产物经循环水冷却器冷却后送入成品罐；其具体工艺过程为：进料后当塔釜液位达75～85%时，停止进料；开启塔顶冷凝器循环水，在常压状态开始升温，塔顶温度为85℃～88℃，塔釜温度为91℃～95℃，同时确保气液分离器与成品罐放空阀打开；塔顶出料经过塔顶冷凝器进入气液分离器，气液分离器中的碳酸二甲酯一部分塔顶回流，其余部分作为塔顶采出料送入塔顶塔釜收集罐中，气液分离器的放空口以及成品罐的放空口均与分子筛放空缓冲罐相连并经过分子筛放空缓冲罐后放空；当气液分离器中液位达到35～40%时，保持全塔回流，同时关闭侧线采出管路、打开侧线循环管路，保持同步侧线循环，在此过程中侧线密闭取样分析醇含量与水份，当醇含量≤20ppm、水含量≤8ppm、碳酸二甲酯含量≥99.99%时，开启进料泵继续进料，同时关闭侧线循环管路、打开侧线采出管路，切换成侧线采出工作状态，同时开启循环水冷却器，使侧线采出后的产物降温至35℃～40℃后再送入成品罐。
2.根据权利要求1所述的碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺，其特征在于：精馏塔的塔釜采出料也送入塔顶塔釜收集罐中，并且将塔顶塔釜收集罐中收集的混合料与新鲜的物料一起从精馏塔的上部进入精馏塔进行重新提纯。
3.用于权利要求1或2所述的碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺的装置，包括：精馏塔，精馏塔的上段为精馏段、下段为提馏段，其特征在于：进料泵进口与原料罐相连通，进料泵出口与精馏塔的上部进料口相连通，精馏塔的塔顶采出口通过塔顶冷凝器后与气液分离器进料口相连通，气液分离器出料口分别与精馏塔回流口和塔顶塔釜收集罐进料口相连通；精馏塔的提馏段侧线采出口经过侧线循环泵后分成二路，一路通过侧线循环管路接至提馏段侧线回流口，另一路通过侧线采出管路接至循环水冷却器冷却后与成品罐进料口相连通；气液分离器的放空口以及成品罐的放空口均与分子筛放空缓冲罐相连并经过分子筛放空缓冲罐后放空；精馏塔的塔釜采出口也与塔顶塔釜收集罐进料口相连通；塔顶塔釜收集罐出料口与原料罐相连通。
4.根据权利要求3所述的用于碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺的装置，其特征在于：精馏塔中侧线采出段上端采用BX-500丝网填料，侧线采出段下端采用CY-700丝网填料；精馏塔中的分布器采用窄槽液体分布器。
5.根据权利要求3所述的用于碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺的装置，其特征在于：提馏段侧线采出使用集液体收集与分布于一体的槽盘式液体收集器。
6.根据权利要求3、4或5所述的用于碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺的装置，其特征在于：精馏塔中的填料段数为四段，其中精馏段为一段，精馏段填料高度为2500毫米；提馏段为三段，提馏段填料高度为7500毫米。
7.根据权利要求3、4或5所述的用于碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺的装置，其特征在于：精馏段理论板数为八块，提馏段理论板数为二十七块。
8.根据权利要求3、4或5所述的用于碳酸二甲酯单塔常压连续提纯工艺的装置，其特征在于：精馏塔设置有塔釜再沸器。
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