CN111100008B - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明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。
Description
技术领域
本发明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,属于化工技术领域。
背景技术
碳酸二甲酯(dimethyl carbonate, 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。
发明内容
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,本发明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。
本发明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。
本发明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)返回催化精馏反应器;第二蒸馏塔塔顶无产物蒸出后,将第一阀门、第五阀门、第十阀门关闭,第九阀门、第十一阀门打开,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第二蒸馏塔,开始与第二蒸馏塔中残留的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,温度为40-250oC,甲醇与蒸馏塔蒸余物质的比例为100:1-0.6:1(wt),反应时间为0.1-50小时;然后将第六阀门打开,进行蒸馏。第二蒸馏塔的塔顶产物(包括水和部分原料甲醇)通过蒸发进入醇水分离塔,然后将第一阀门、第五阀门、第九阀门关闭,第十阀门打开,第二蒸馏塔塔釜产物(催化剂)自塔釜返回催化精馏塔,催化剂得到再生回收;第一蒸馏塔和第二蒸馏塔实现蒸发和反应轮流切换,实现催化剂再生回收的连续操作;
(3)醇水分离:甲醇与氢氧化钠或氢氧化钾在反应蒸馏塔中生成的水和部分原料甲醇进入醇水分离塔,在0.01-0.1MPa,塔釜温度40-120oC,塔顶温度30-110oC的条件下进行蒸发,醇水分离塔塔顶冷凝产物甲醇进入第二甲醇储罐,塔顶无产物蒸出后,醇水分离塔塔釜产物进入水处理系统进行处理。
本发明的有益效果:回收方法条件温和、过程简单、易于操作、产率高、污染小,能够有效地降低酯交换法合成碳酸二甲酯的生产成本。
附图说明
图1为甲醇碱金属盐催化剂的再生回收装置图。
图中:1:蒸发器;2:蒸发器再沸器;3:蒸发器塔顶冷凝器;4:甲醇储罐;5A:第一蒸馏塔;5B:第二蒸馏塔;6:醇水分离塔;7:醇水分离塔塔釜再沸器;8:醇水分离塔塔顶冷凝器;9:第二甲醇储罐。
L1:酯交换合成碳酸二甲酯反应后的液体;L2:蒸发器塔顶产物甲醇;L3:蒸发器塔釜产物;L4:甲醇;L5:反应蒸馏塔第一阶段塔顶产物;L6:反应蒸馏塔第二阶段塔顶产物,L7:醇水分离塔塔顶冷凝产物甲醇;L8:醇水分离塔塔釜产物水;L9:反应蒸馏塔塔釜产物;f1:第一阀门;f2:第二阀门;f3:第三阀门;f4:第四阀门;f5:第五阀门;f6:第六阀门;f7:第七阀门;f8:第八阀门;f9:第九阀门;f10:第十阀门;f11:第十一阀门;f12:第十二阀门。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明,但不局限于以下实施例。
如图1所示,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1、蒸发器再沸器2、蒸发器塔顶冷凝器3、甲醇储罐4、第一蒸馏塔5A、第二蒸馏塔5B、醇水分离塔6、醇水分离塔塔釜换热器7和醇水分离塔塔顶冷凝器8;
酯交换合成碳酸二甲酯反应后的液体L1进入蒸发器1,蒸发器所需的热量由蒸发器底部的蒸发器再沸器2提供。蒸发器中蒸发出的部分液体L2经蒸发器塔顶冷凝器3冷凝后,进入甲醇储罐4。甲醇储罐4分别连接第一蒸馏塔5A和第二蒸馏塔5B(L4);蒸发器塔釜产物L3分别进入第一蒸馏塔5A和第二蒸馏塔5B;第一蒸馏塔5A和第二蒸馏塔5B内可以实现蒸发和反应轮流切换。首先,将第一蒸馏塔5A和第二蒸馏塔5B进行加热蒸馏,反应蒸馏塔第一阶段塔顶产物L5(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4和第二甲醇储罐9中的甲醇引入第一蒸馏塔5A和第二蒸馏塔5B进行反应。反应后,将第一蒸馏塔5A和第二蒸馏塔5B进行加热蒸馏,反应蒸馏塔第二阶段塔顶产物L6进入醇水分离塔6进行醇水分离,醇水分离塔6底部连接醇水分离塔塔釜再沸器7形成循环闭合回路;蒸馏结束后,蒸馏塔塔釜产物L9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L7经醇水分离塔塔顶冷凝器8冷凝后进入第二甲醇储罐9,第二甲醇储罐9另一端连接第一蒸馏塔5A和第二蒸馏塔5B;醇水分离塔塔釜设有产物水L8出口。
本发明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。第一蒸馏塔和反应蒸馏塔内可以实现蒸发和反应轮流切换。
上述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1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3冷凝后进入甲醇储罐4;
(2)反应蒸馏:将第一阀门f1、第七阀门f7、第八阀门f8关闭,第二阀门f2打开,蒸发器塔釜产物L3进入第一蒸馏塔5A,然后将第三阀门f3打开,第二阀门f2、第七阀门f7、第八阀门f8关闭,开始蒸发。第一蒸馏塔5A第一阶段塔顶产物L5返回催化精馏反应器;塔顶无产物蒸出后,将第二阀门f2、第三阀门f3、第八阀门f8关闭,第七阀门f7、第十二阀门f12打开,将甲醇储罐4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5A,开始与第一蒸馏塔5A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f4打开,将第一蒸馏塔5A继续蒸馏,塔顶蒸馏产物L6蒸发进入醇水分离塔6进行甲醇和水的分离;然后将第二阀门f2、第三阀门f3、第七阀门f7关闭,第八阀门f8打开,第一蒸馏塔5A塔釜产物L9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f5打开,第五阀门f5、第九阀门f9、第十阀门f10关闭,继续将蒸发器1塔釜产物L3加入第二蒸馏塔5B,然后将第一阀f1关闭,第五阀门f5打开,开始蒸发。第二蒸馏塔5B塔顶产物L5返回催化精馏反应器;待第二蒸馏塔5B塔顶无产物蒸出后,将第一阀f1、第五阀门f5、第十阀门f10关闭,第九阀门f9、第十一阀门f11打开,将甲醇储罐4中的甲醇和从醇水分离器中蒸馏出的甲醇引入第二蒸馏塔5B,开始与第二蒸馏塔5B中残留的的氢氧化钠或氢氧化钾反应制备甲醇钠或甲醇钾;然后将第六阀门f6打开,将第二蒸馏塔5B继续蒸馏,塔顶产物L6通过蒸发进入醇水分离塔6进行甲醇和水的分离。然后将第一阀f1、第五阀门f5、第九阀门f9关闭,第十阀门f10打开,第二蒸馏塔5B塔釜产物自塔釜返回催化精馏塔,催化剂得到再生回收;第一蒸馏塔5A和第二蒸馏塔5B实现蒸发和反应轮流切换,实现催化剂再生回收的连续操作;
(3)醇水分离:甲醇与氢氧化钠或氢氧化钾在反应蒸馏塔中生成的水和部分原料甲醇L6进入醇水分离塔6,进行蒸发,醇水分离塔塔顶冷凝产物甲醇L7进入第二甲醇储罐9,塔顶无产物蒸出后,醇水分离塔塔釜产物L8进入水处理系统进行处理。
下面通过具体实施例来说明具体回收利用的方法:
实施例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回收方法,包括以下步骤:
(1) 蒸发:首先将酯交换合成碳酸二甲酯反应后的液体L1(包含甲醇、碳酸丙烯酯、1,2-丙二醇,催化剂)引入蒸发器1进行蒸馏,条件为:0.1MPa,塔釜温度为70oC,塔顶温度为64oC,分离出大部分的甲醇L2,经冷凝器3冷凝后进入储罐4;
(2) 反应蒸馏: f1阀、f7阀、f8阀关闭,f2阀打开,蒸发器1中的剩余液体L3(包含碳酸丙烯酯、1,2-丙二醇、甲醇、催化剂)进入第一蒸馏塔5A,然后f3阀打开,f2阀、f7阀、f8阀关闭,在0.05MPa,塔釜温度150oC,塔顶温度140oC下蒸发,产生的塔顶产物L5返回催化精馏反应器;塔顶无产物蒸出后,f2阀、f3阀、f8阀关闭, f7阀、f12阀打开,将储罐4中的甲醇和醇水分离器中蒸馏出的甲醇引入第一蒸馏塔5A,开始与其中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:0.03MPa,200oC,甲醇与蒸余物料的比例为1:1(wt),反应时间20小时,然后f4阀打开,将反应生成的水和部分原料甲醇L6蒸入醇水分离塔6进行甲醇和水的分离;反应完毕后(液体中不含有氢氧化钠或氢氧化钾)f2阀、f3阀、f7阀关闭,f8阀打开,第一蒸馏塔5A中的塔釜产物L9返回催化精馏塔,催化剂得到再生回收;与此同时,f1阀打开,f5阀、f9阀、f10阀关闭,继续将蒸发器1中的剩余液体L3加入第二蒸馏塔5B,然后将f1阀关闭,f5阀打开,在0.05MPa,塔釜温度150oC,塔顶温度140oC下蒸发,产生的塔顶产物L5返回催化精馏反应器;塔顶无产物蒸出后,f1阀、f5阀、f10阀关闭,f9阀、f11阀打开,将储罐4中的甲醇和醇水分离器中蒸馏出的甲醇引入第二蒸馏塔5B,开始与其中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:0.03MPa,200oC,甲醇与蒸余物料的比例为1:1(wt),反应时间20小时,然后f6阀打开,反应生成的水和部分原料甲醇L6蒸入醇水分离塔6,反应完毕后(液体中不含有氢氧化钠或氢氧化钾)将f1阀、f5阀、f9阀关闭,f10阀打开,第二蒸馏塔5B的塔釜产物L9返回催化精馏塔,催化剂得到再生回收。第一蒸馏塔5A和5B进行实现蒸发和反应轮流切换,完成催化剂再生回收的连续操作;
(3) 醇水分离:反应生成的水和部分原料甲醇L6进入醇水分离塔6后,在0.1MPa,塔釜温度65oC,塔顶温度63oC的条件下进行蒸发,塔顶冷凝产物甲醇L7进入储罐9,塔顶无产物蒸出后,塔釜产物L8进入水处理系统进行处理。
实施例2:
过程与实施例1相同,蒸馏塔1的操作条件为0.05MPa,塔釜温度为50oC,塔顶温度为47oC;第一蒸馏塔5A和第二蒸馏塔5B的蒸馏条件为:0.1MPa,250oC;反应条件为:甲醇:蒸余物料比例为20:1(wt),0.05MPa,100oC,反应时间35小时;醇水分离塔6的操作条件为:0.02MPa,塔釜温度40oC,塔顶温度38oC。
实施例3:
过程与实施例1相同,蒸馏塔1的操作条件为0.01MPa,塔釜温度为40oC,塔顶温度为35oC;第一蒸馏塔5A和第二蒸馏塔5B的蒸馏条件为:0.05MPa,塔釜温度50oC,塔顶温度45oC;反应条件为:甲醇:蒸余物料比例为0.6:1(wt),0.02MPa,80oC,反应时间50小时;醇水分离塔6的操作条件为:0.05MPa,塔釜温度50oC,塔顶温度47oC。
实施例4
过程与实施例1相同,蒸馏塔1的操作条件为0.02MPa,塔釜温度为45oC,塔顶温度为43oC;第一蒸馏塔5A和第二蒸馏塔5B的蒸馏条件为:0.08MPa,塔釜温度200oC,塔顶温度190oC;反应条件为:甲醇:蒸余物料比例为100:1(wt),0.1MPa,250oC,反应时间1小时;醇水分离塔6的操作条件为:0.1MPa,塔釜温度70oC,塔顶温度64oC。
实施例5
过程与实施例1相同,蒸馏塔1的操作条件为0.1MPa,塔釜温度为70oC,塔顶温度为64oC;第一蒸馏塔5A和第二蒸馏塔5B的蒸馏条件为:0.02MPa,塔釜温度180oC,塔顶温度170oC;反应条件为:甲醇:蒸余物料比例为10:1(wt),0.08MPa,160oC,反应时间20小时;醇水分离塔6的操作条件为:0.08MPa,塔釜温度55oC,塔顶温度53oC。
实施例6
过程与实施例1相同,蒸馏塔1的操作条件为0.06MPa,塔釜温度为50oC,塔顶温度为48oC;第一蒸馏塔5A和第二蒸馏塔5B的蒸馏条件为:0.05MPa,塔釜温度170oC,塔顶温度165oC;反应条件为:甲醇:蒸余物料比例为80:1(wt),0.05MPa,150oC,反应时间40小时;醇水分离塔6的操作条件为:0.08MPa,塔釜温度60oC,塔顶温度58oC。
Claims (9)
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方法,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第一蒸馏塔和第二蒸馏塔;在第一蒸馏塔和第二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第一蒸馏塔和第二蒸馏塔,与第一蒸馏塔和第二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;含催化剂的第一蒸馏塔和第二蒸馏塔釜液返回催化精馏塔,催化剂得到再生回收;两个蒸馏塔塔内可以实现蒸发和反应轮流切换;
上述的催化剂的再生回收方法采用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.根据权利要求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;第二蒸馏塔塔顶产物返回催化精馏反应器;待第二蒸馏塔塔顶无产物蒸出后,将第一阀门、第五阀门、第十阀门关闭,第九阀门、第十一阀门打开,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第二蒸馏塔,开始与第二蒸馏塔中残留的的氢氧化钠或氢氧化钾反应制备甲醇钠或甲醇钾;然后将第六阀门打开,将第二蒸馏塔继续蒸馏,塔顶产物通过蒸发进入醇水分离塔进行甲醇和水的分离;然后将第一阀门、第五阀门、第九阀门关闭,第十阀门打开,第二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;第一蒸馏塔和第二蒸馏塔实现蒸发和反应轮流切换,实现催化剂再生回收的连续操作;
(3)醇水分离:甲醇与氢氧化钠或氢氧化钾在第一蒸馏塔和第二蒸馏塔中生成的水和部分原料甲醇进入醇水分离塔,进行蒸发,醇水分离塔塔顶冷凝产物甲醇进入第二甲醇储罐,塔顶无产物蒸出后,醇水分离塔塔釜产物进入水处理系统进行处理。
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:步骤(1)中,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。
4.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:步骤(1)中,蒸发器的操作条件为:0.01-0.1MPa,塔釜温度为30-75℃,塔顶温度为20-65℃。
5.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:步骤(2)中,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;第一蒸馏塔中蒸发过程的反应条件为:压力为0.01-0.1MPa,塔釜温度50-250℃,塔顶温度40-240℃;蒸馏塔第一阶段塔顶产物包含碳酸丙烯酯、1,2-丙二醇。
6.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:步骤(2)中,第一蒸馏塔中反应过程的条件为:0.01-0.1MPa,温度40-250℃,甲醇与第一蒸馏塔蒸余物质的质量比例为100:1-0.6:1,反应时间为1-50小时;蒸馏塔第二阶段塔顶产物包括水和部分原料甲醇;第一蒸馏塔塔釜产物为催化剂。
7.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:步骤(2)中,第二蒸馏塔中蒸发过程的反应条件为:压力为0.01-0.1MPa,塔釜温度50-250℃,塔顶温度40-240℃;蒸馏塔第一阶段塔顶产物包含碳酸丙烯酯、1,2-丙二醇。
8.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:步骤(2)中,第二蒸馏塔中反应过程的条件为:压力为0.01-0.1MPa,温度为40-250℃,甲醇与蒸馏塔蒸余物质的质量比例为100:1-0.6:1,反应时间为0.1-50小时;蒸馏塔第二阶段塔顶产物包括水和部分原料甲醇;第二蒸馏塔塔釜产物为催化剂。
9.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:步骤(3)中,醇水分离塔中的工艺条件为:压力为0.01-0.1MPa,塔釜温度40-120℃,塔顶温度30-110℃。
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