CN110483280A - 一种用于碳酸二甲酯生产中减少催化剂用量的新工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工领域，具体涉及一种用于碳酸二甲酯生产中减少催化剂用量的新工艺。本发明将反应精馏塔反应后排出共沸物后的物料利用出料泵及新增设一条管线运送至反应塔内进行强制循环，有效的增加了反应段催化剂的浓度，提高了反应速度，并减少催化剂用量；同时提高了反应塔内加热效率，减少能耗，降低了生产成本，提高了产量。
Description
技术领域
本发明涉及化工领域，具体涉及一种用于碳酸二甲酯生产中减少催化剂用量的新工艺。
背景技术
目前，国内生产碳酸二甲酯通常采用酯醇交换法，此方法工艺先进成熟，流程短，操作稳定，投资少，生产过程无三废产生，属于清洁环保型。酯醇交换法中最为重要的一步反应为甲醇与丙碳及甲醇钠催化剂按照一定的配比在T1内进行，此塔为反应精馏塔，其反应方程式为：PC+2CH3OH—DMC+PG。现在以酯转化法生产碳酸二甲酯的工艺路线是，首先进行配置混料，将原料甲醇、中间产品碳酸丙烯酯、催化剂甲醇钠按照一定的质量配比关系混合均匀后配置好混料，待T1反应精馏塔具备进料条件后进行投料生产，塔顶采出的是产品碳酸二甲酯及原料甲醇形成的共沸物，其共沸组成为30％的碳酸二甲酯及70％的甲醇，再去下一个工序进行分离提纯得到合格的二甲酯产品。塔釜得到副产品丙二醇、未反应的甲醇及催化剂甲醇钠的混合物，正常的工艺流程是将T1塔釜的物料用泵打入T2进行甲醇回收，回收完甲醇的丙二醇及催化剂的混合物再进入碳化工序处理，将甲醇钠与二氧化碳反应生产碳酸钠，这样催化剂甲醇钠就反应生成了没有催化作用的碳酸钠，经过压滤机进行固液分离以除去丙二醇中的碳酸钠，过滤液丙二醇粗品再进行精馏得到合格的丙二醇产品。
由上述可知，传统的酯交换过程所用的催化剂为均相催化剂甲醇钠/甲醇，其催化产率高，催化性能好；但该类催化剂存在不易从反应混合物中分离、反应后催化剂难再生的问题。为解决上述问题，对于新型高效催化剂的研究成为热点，而鲜有对于传统酯交换生产碳酸二甲酯的工艺进行改进的报道。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种用于碳酸二甲酯生产中减少催化剂用量的新工艺。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明目的之一，提供一种用于制备碳酸二甲酯的装置，包括出料泵，反应精馏塔，进料罐，进料泵，加压精馏塔，回液泵，回流罐，产品精馏塔，反应精馏塔塔顶冷凝器，产品精馏塔塔顶冷凝器，再沸器一，再沸器二和再沸器三；
出料泵一部分通过管线与反应精馏塔底部出口连接，另一部分通过管线与反应精馏塔进料口连接；反应精馏塔顶端出料口与反应精馏塔塔顶冷凝器连接，出料泵与反应精馏塔进口连接的管线由一条主管线和三条并列支管线组成；反应精馏塔塔顶冷凝器底部出料口一部分与反应精馏塔进料口连接，一部分与进料罐连接；反应精馏塔底部出料口通过再沸器一与回流罐连接，加压精馏塔通过再沸器一与反应精馏塔进流口连接；进料罐通过进料泵与加压精馏塔连接；回流罐通过回流泵与加压精馏塔进料口连接；加压精馏塔底部出料口分别与再沸塔二、产品精馏塔进料口连接；产品精馏塔底部出料口与再沸器三连接，底部出料口与产品精馏塔塔顶冷凝器连接。
优选地，反应精馏塔与出料泵之间设有出料阀一；出料泵与反应精馏塔进口连接的主管线上设有进料阀一，三条支管线上分别设有进料阀二、进料阀三、进料阀四。设置进料阀二、三、四，三个阀门于生产负荷改变时调整不同的进料口用，使得物料分布更加均匀，反应进行的更加彻底。
优选地，出料泵与反应精馏塔进口连接的主管线上设有流量计一，进料泵与加压精馏塔连接的管线上设有流量计二，回流泵与加压精馏塔连接的管线上设有流量计三，加压精馏塔底部出料口与产品精馏塔连接的管线上设有流量计四。
本发明目的之二，提供一种生产碳酸二甲酯的工艺，包括以下步骤：将甲醇、碳酸丙烯酯和甲醇钠按质量比100:127:7.5～8.5混合均匀，投入反应精馏塔内进行反应，反应结束后，将碳酸二甲酯及甲醇形成的共沸物由塔顶取出进入进料罐，再用泵打入加压精馏塔进行加压精馏，将反应精馏塔内底部剩余物通过出料泵再次循环进入反应精馏塔内，将甲醇、碳酸丙烯酯和甲醇钠按质量比按质量比100:127:5～6混合均匀后投入到反应精馏塔内进行反应，反应结束后，将碳酸二甲酯及甲醇形成的共沸物由塔顶取出进入进料罐，再用泵打入加压精馏塔进行加压精馏，加压精馏塔釜得到含量大于98％的碳酸二甲酯，再进入产品精馏塔进行提纯，即得。
优选地，将反应精馏塔釜甲醇含量控制在50％以下，待反应精馏塔内甲醇钠含量达到1.5％，高于混料中的甲醇钠含量1.0％时，通过出料泵再次循环进入反应精馏塔内。
本装置在原有的生产装置上，在出料泵出口新增设一条去反应精馏塔管线并安装流量计，设有三条管路分别依次进入反应精馏塔进混料口处及以下两层填料的分布器之上，且分别在此管线进入反应精馏塔处安装阀门控制，当装置正常开车运行后，随着反应精馏塔釜液位的升高具备出料条件时，取样分析反应精馏塔釜成分，将反应精馏塔釜甲醇含量控制在50％以下，提高塔釜催化剂甲醇钠的含量，待反应精馏塔内甲醇钠含量达到1.5％，高于混料中的甲醇钠含量1.0％时，打开出料阀一、进料阀一、进料阀二、进料阀三及进料阀四，同时通过流量计控制反应精馏塔釜正常出料，并根据生产负荷的大小通过流量计控制调整好反应精馏塔内循环总量的大小，这样就有效的控制了反应精馏塔内反应物料的催化剂浓度，根据反应精馏塔釜未反应的丙碳成分高低，调整混料催化剂的配比。因为塔釜物料催化剂浓度高于混料配比中的催化剂浓度，从而使得反应加快，反应效果更好，由于实现了强制循环，加热效果提高，从而达到节能降耗之目的。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果：
在碳酸二甲酯生产过程中，酯交换反应后，共沸物排出反应精馏塔后，塔釜剩余物质是丙二醇、碳酸丙烯酯、甲醇和甲醇钠的混合物。发明人意外发现将该混合物重新排入反应精馏塔内继续参与酯交换反应，可有效提高反应速率和产率。进一步地，本发明在原有装置中新增一条去反应精馏塔的管线，实现塔釜剩余物质的循环利用，有效减少了催化剂的添加量，并提高了碳酸二甲酯的得率；同时由于实现了强制循环，使反应精馏塔加热效能提高，降低能耗，大大节约了生产成本。
附图说明
图1.本发明实施例一种用于制备碳酸二甲酯的装置示意图。
1、出料泵，2.反应精馏塔，3.进料罐，4.进料泵，5.加压精馏塔，6.回液泵，7.回流罐，8.产品精馏塔，9.反应精馏塔塔顶冷凝器，10.产品精馏塔塔顶冷凝器，11.再沸器一，12.再沸器二，13.再沸器三，14.进料阀一，15.出料阀一，16.进料阀二，17.进料阀三，18.进料阀四，19.进料阀五，20.进料阀六，21.出料阀二，22.进料阀七，23.出料阀三，24.流量计一，25.流量计二，26.流量计三，27.流量计四，28.流量计五，29.出料阀四，30.控制阀。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例
如图1所示，用于制备碳酸二甲酯的装置，包括1、出料泵，2.反应精馏塔，3.进料罐，4.进料泵，5.加压精馏塔，6.回液泵，7.回流罐，8.产品精馏塔，9.反应精馏塔塔顶冷凝器，10.产品精馏塔塔顶冷凝器，11.再沸器一，12.再沸器二，13.再沸器三，14.进料阀一，15.出料阀一，16.进料阀二，17.进料阀三，18.进料阀四，19.进料阀五，20.进料阀六，21.出料阀二，22.进料阀七，23.出料阀三，24.流量计一，25.流量计二，26.流量计三，27.流量计四，28.流量计五，29.出料阀四，30.控制阀。
出料泵一部分通过管线与反应精馏塔底部出口连接，另一部分通过管线与反应精馏塔进料口连接；反应精馏塔顶端出料口与反应精馏塔塔顶冷凝器连接，出料泵与反应精馏塔进口连接的管线由一条主管线和三条并列支管线组成；反应精馏塔塔顶冷凝器底部出料口一部分与反应精馏塔进料口连接，一部分与进料罐连接；反应精馏塔底部出料口通过再沸器一与回流罐连接，加压精馏塔通过再沸器一与反应精馏塔进流口连接；进料罐通过进料泵与加压精馏塔连接；回流罐通过回流泵与加压精馏塔进料口连接；加压精馏塔底部出料口分别与再沸塔二、产品精馏塔进料口连接；产品精馏塔底部出料口与再沸器三连接，底部出料口与产品精馏塔塔顶冷凝器连接。
反应精馏塔与出料泵之间设有出料阀一；出料泵与反应精馏塔进口连接的主管线上设有进料阀一，三条支管线上分别设有进料阀二、进料阀三、进料阀四。设置进料阀二、三、四，三个阀门于生产负荷改变时调整不同的进料口用，使得物料分布更加均匀，反应进行的更加彻底。
出料泵与反应精馏塔进口连接的主管线上设有流量计一，进料泵与加压精馏塔连接的管线上设有流量计二，回流泵与加压精馏塔连接的管线上设有流量计三，加压精馏塔底部出料口与产品精馏塔连接的管线上设有流量计四。
一种生产碳酸二甲酯的工艺，包括以下步骤：将甲醇、碳酸丙烯酯和甲醇钠按质量比100:127:7.5混合均匀，投入反应精馏塔内进行反应，反应结束后，将碳酸二甲酯及甲醇形成的共沸物由塔顶取出进入进料罐，再用泵打入加压精馏塔进行加压精馏，将反应精馏塔釜甲醇含量控制在50％以下，待反应精馏塔内甲醇钠含量达到1.5％，高于混料中的甲醇钠含量1.0％时，将反应精馏塔内底部剩余物通过出料泵再次循环进入反应精馏塔内，将甲醇、碳酸丙烯酯和甲醇钠按质量比按质量比100:127:6混合均匀后投入到反应精馏塔内进行反应，反应结束后，将碳酸二甲酯及甲醇形成的共沸物由塔顶取出进入进料罐，再用泵打入加压精馏塔进行加压精馏，加压精馏塔釜得到含量大于98％的碳酸二甲酯，再进入产品精馏塔进行提纯，即得。
采用以上所述装置按该工艺进行生产，丙碳、甲醇、甲醇钠质量比由原来的100：127：7.5降低为100：127：6，再根据近两年的实际运行结果统计，得出每吨二甲酯产品消耗催化剂甲醇钠由原来的75公斤降为60公斤。二甲酯装置年生产能力为40000吨，甲醇钠2018年全年平均价格为5400元/吨，每年可为增加效益40000×(75-60)÷1000×5400＝3240000(元)；二甲酯的得率，可根据T1塔釜丙碳的含量得知，塔釜未反应的丙碳含量由原来的0.65％降为0.15％降低了0.5％；那么二甲酯的得率就提高了0.5％，2018年二甲酯年平均价格为6500元/吨，每年可新增效益：40000×0.5％×5500＝1300000(元)。
Claims (5)
1.一种用于制备碳酸二甲酯的装置，其特征在于，包括出料泵，反应精馏塔，进料罐，进料泵，加压精馏塔，回液泵，回流罐，产品精馏塔，反应精馏塔塔顶冷凝器，产品精馏塔塔顶冷凝器，再沸器一，再沸器二和再沸器三；
出料泵一部分通过管线与反应精馏塔底部出口连接，另一部分通过管线与反应精馏塔进料口连接；反应精馏塔顶端出料口与反应精馏塔塔顶冷凝器连接，出料泵与反应精馏塔进口连接的管线由一条主管线和三条并列支管线组成；反应精馏塔塔顶冷凝器底部出料口一部分与反应精馏塔进料口连接，一部分与进料罐连接；反应精馏塔底部出料口通过再沸器一与回流罐连接，加压精馏塔通过再沸器一与反应精馏塔进流口连接；进料罐通过进料泵与加压精馏塔连接；回流罐通过回流泵与加压精馏塔进料口连接；加压精馏塔底部出料口分别与再沸塔二、产品精馏塔进料口连接；产品精馏塔底部出料口与再沸器三连接，底部出料口与产品精馏塔塔顶冷凝器连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，反应精馏塔与出料泵之间设有出料阀一；出料泵与反应精馏塔进口连接的主管线上设有进料阀一，三条支管线上分别设有进料阀二、进料阀三、进料阀四。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，出料泵与反应精馏塔进口连接的主管线上设有流量计一，进料泵与加压精馏塔连接的管线上设有流量计二，回流泵与加压精馏塔连接的管线上设有流量计三，加压精馏塔底部出料口与产品精馏塔连接的管线上设有流量计四。
4.一种生产碳酸二甲酯的工艺，其特征在于，包括以下步骤：将甲醇、碳酸丙烯酯和甲醇钠按质量比100:127:7.5～8.5混合均匀，投入反应精馏塔内进行反应，反应结束后，将碳酸二甲酯及甲醇形成的共沸物由塔顶取出进入进料罐，再用泵打入加压精馏塔进行加压精馏，将反应精馏塔内底部剩余物通过出料泵再次循环进入反应精馏塔内，将甲醇、碳酸丙烯酯和甲醇钠按质量比按质量比100:127:5～6混合均匀后投入到反应精馏塔内进行反应，反应结束后，将碳酸二甲酯及甲醇形成的共沸物由塔顶取出进入进料罐，再用泵打入加压精馏塔进行加压精馏，加压精馏塔釜得到含量大于98％的碳酸二甲酯，再进入产品精馏塔进行提纯，即得。
5.根据权利要求4所述的工艺，其特征在于，将反应精馏塔釜甲醇含量控制在50％以下，待反应精馏塔内甲醇钠含量达到1.5％，高于混料中的甲醇钠含量1.0％时，通过出料泵再次循环进入反应精馏塔内。
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