CN116478043A - 一种二氧化碳捕集与碳酸二甲酯制备一体化工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种二氧化碳捕集与碳酸二甲酯制备一体化工艺，利用胺溶剂吸收大气里的CO2，将胺溶剂吸收的CO2和环氧乙烷送至碳酸乙烯酯反应器，经过闪蒸罐V‑001和T‑100蒸馏塔；所得高纯液体EC与MeOH加压混合；冷却并驱动至碳酸二甲酯合成反应器，生成DMC和乙二醇，并供应至精馏塔T‑101，顶部馏出物是DMC、MeOH和EG而底部馏出物体是EC和EG的；顶部馏出物在萃取精馏塔T‑102中分离；塔的顶部馏出物是MeOH，塔底馏出物由DMC、EG和MeOH的混合物组成；离开T‑101的EC‑EG混合物被输送至精馏塔T‑104，在塔T‑104中被分离为EG和EC。
Description
技术领域
本发明属于CCUS技术领域，尤其涉及一种二氧化碳捕集与碳酸二甲酯制备一体化工艺。
背景技术
碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate.简称DMC)是有机化学合成环境友好型有机物的中间体，对环境有利例如可替代剧毒的光气进行基化反应。此外可作为甲基化试剂。一般甲基化试剂是硫酸二甲酯及卤代甲烷等剧毒或致癌化学品。DMC作新型燃油添加剂发展前景越来越好，国内外对DMC合成方法的研究开发尤为关注。
二氧化碳是一种主要的温室气体，每年二氧化碳的排放持续增加，导致全球性的气候变暖，影响了人类的正常生产生活。目前大规模CO2捕集过程中，主要是以有机胺或无机碱性溶液作为CO2吸收剂，而CO2最终以碳酸盐或碳酸氢盐的形式存在。吸收CO2后的溶液需要经过CO2解析过程来实现CO2的富集，然后再对富集后的CO2进行利用，而在CO2解析过程中会有大量的能耗。
碳酸二甲酯(DMC)是一种具有广泛用途的无毒的化工原料，由于碳酸二甲酯(DMC)具有独特的分子结构，可以进行甲基化、羰基化、酯交换等多种化学反应，代替传统的硫酸二甲酯、光气等剧毒危险原料。此外，碳酸二甲酯还可以用作极性的有机溶剂及汽油添加剂。碳酸二甲酯的工业生产方法主要有甲醇氧化羰基化法和酯交换法等，生产成本比较高，从而限制了碳酸二甲酯的大规模应用。
利用二氧化碳合成DMC得到研究者的关注。这样在合成绿色产品DMC的基础上，还能有效缓解以二氧化碳为主的温室气体对地球造成的不利影响，具有化工、能源和环保多重意义。目前这方面研究方向主要集中于甲基化、酯交换和直接合成三种反应路线。这样一来就要涉及对大气里的CO2捕获。CO2捕获化学吸收法是最为成熟的技术，已实现了示范应用。目化学吸收法的溶剂主要是有机胺或无机碱性溶液，捕集的CO2主要以碳酸盐的形式存在。
目前大规模CO2捕集过程中，主要是以有机胺或无机碱性溶液作为CO2吸收剂，而CO2最终以碳酸盐或碳酸氢盐的形式存在。吸收CO2后的溶液需要经过CO2解析过程来实现CO2的富集，然后再对富集后的CO2进行利用，而在CO2解析过程中会有大量的能耗。
碳酸二甲酯的合成方法具体地讲采用高纯CO2气体和甲醇作为反应原料，在较高温度(90～150℃)和高压力(4～12MPa)条件下，经过锡氧烷二聚体的催化，最终合成了碳酸二甲酯。然而，该方法通过催化剂的革新，即采用了锡氧烷二聚体作为催化剂，获得较高的碳酸二甲酯选择性
由CO2合成DMC可分为间接法和直接法两种。间接合成方法由CO2先合成中间物，再和甲醇进行反应生成碳酸二甲酯，称为间接合成法。目前间接合成法有碳酸酯交换法和尿素醇解法两种。酯交换方法具有原料价廉易得，反应条件温和，产率较高等优点，人们正逐步完善这一工艺过程CO2和环氧乙烷或环氧丙烷反应得到碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯，再经过与甲醇的酯交换反应合成DMC，并且富产乙二醇。反应结果是将环氧乙烷转化为DMC和乙二醇。酯交换过程采用的催化剂一般为碱性化合物。碱金属氢氧化物和醇盐等无机碱是最常见的一类催化剂，有较高的转化率。无机碱催化剂活性与其碱性有关，在通常情况下，碱性越强，催化剂活性越好。碱土金属尤其是镁化合物使用较多，如担载于氧化铝上的氧化镁催化剂。
利用气提法尿素生产工艺，即将超临界萃取与超临界反应耦合在一起，使CO2与氨气合成尿素，然后尿素在适当的条件下发生醇解反应生成DMC：热力学计算表明，其理想气体反应自由能变化AG为+12.6kJ/mol(100℃)，因此在热力学上是不能进行的反应，但是通过某些物理和化学的手段可以实现DMC的制备。在反应体系中加入BF3化合物，生成NH3BF3沉淀物，总的反应自由能变化为负值，成为热力学上可以进行的反应：甲醇和CO2合成DMC，在温度0～800℃和压力0～1MPa内反应的AG均为正值，反应的KP值也很小，在25℃时约为7.0×10-5。即使在10MPa条件下，反应物CO2在25℃时的平衡转化率也只有8％，说明由CH3OH和CO2直接合成DMC从热力学上是不可行的，需要改变反应路线，降低反应体系AG才有可能进行。即必须选用适当的催化剂来实现。因此研制高活性的新型催化剂提高DMC的产率，将是整个新工艺实现工业化的关键。
在直接法合成DMC工艺中，CO2是一相对稳定的小分子化合物，通常被认为是最终的排放物，以CO2为原料直接合成DMC的核心问题在于其活化。金属有机化合物是CO2活化的活性物质，它通过与CO2的配位和插入反应有效改变了CO2分子的键长和键角，从而使之活化，再和其他物种进一步反应。金属烷氧基化合物是最早被发现在DMC直接合成过程中起关键作用的物种。江琦等报道了用甲氧基镁作催化剂生成DMC的过程：以金属粉为催化剂的前驱物甲醇镁为催化剂。以金属镁粉为催化剂的前驱物，甲醇镁为催化剂，温度为180℃，压力为1MPa，CO2的转化率接近30％，DMC的选择性达99％，升高温度、添加碘甲烷、氮气和吸水剂有利于反应的进行。在催化CO2和甲醇合成DMC的过程中，氧化锆(ZrO2)表现出良好的催化活性。目前研究表明，甲醇和CO2的反应有以下两个步骤：首先是在25℃下,将ZrO2暴露在甲醇下10min，用氦气吹扫10min，生成CH3O-Zr，然后通入98％的气流。随着CO2的流入,生成DMC，并使CH3O-Zr减少。
近几年对超临界条件和近超临界条件下的碳酸二甲酯的合成进行了研究。CO2和甲醇直接合成DMC的反应是摩尔数减少的反应，增加压力有利于反应进行。随着压力的增加，碳酸二甲酯的生产量随之增加，在达到最大值后，又缓慢降低。不论是何种催化剂，DMC浓度达到最大值时所对应的反应压力为6.5～7.5MPa，而这个压力范围恰好在CO2的临界压力7.37MPa附近；CO2与甲醇直接合成DMC的反应是一热效应较小的吸热反应，DMC产率随温度的增加而增大，在温度为80～100℃之间达最大值，此后，又开始减少。
其他合成DMC的方法有钟顺和采用气相催化合成法由二氧化碳和甲醇直接合成DMC进行了大量研究并取得较大进展。他着重研究了表面复合氧化物MoO3-SiO2及ZrO2-SiO2(ZrSiO)负载Cu-Ni双金属催化剂，负载Cu-Ni双金属催化剂上CO2和CH3OH直接合成DMC的反应性能。CO2和CH3OH在Cu-Ni/ZrSiO双金属催化剂表面上的主要产物为碳酸二甲酯(选择性在80％和85％以上)，另有少量的CH2O、CO和H2O。由反应式可见，从反应体系中移出水，将使反应平衡右移，有益DMC的生成。钟顺和采用膜反应器，移走反应生成的水，使平衡右移，并提高中间物的稳定性，使得反应能够顺利进行。
碳酸二甲酯是化学工业的绿色产品，还可以进一步合成环境友好型有机化合物。在近年来绿色化工的行业蓬勃发展而受到人们的广泛关注。但其传统合成工艺是采用光气法。合成过程容易污染空气导致它的合成受限。由于温室气体加剧造成气候变暖、冰川融化，对大气里CO2的处理成为刻不容缓的问题。
基于先前关于碳酸二甲酯合成的反应机理和相应的催化剂，不难发现在CO2转化为DMC过程里的瓶颈是低产率、低DMC选择性和低平衡常数可逆反应的热力学限制(醇羰基化)等。这主要是由于高度稳定的二氧化碳分子。因此本申请需要研究开发具有高收率和高选择性的新型催化剂环氧乙烷(EO)，以克服这些技术挑战；此外现有CO2捕集后，需经高能耗的解析过程后才能利用。
发明内容
解决的技术问题：
针对现有技术的不足，本申请提供了一种二氧化碳捕集与碳酸二甲酯制备一体化工艺，解决了目前存在的CO2捕集后，需经高能耗的解析过程后才能利用，根据CO2能合成碳酸二甲酯和碳酸二甲酯溶剂能够吸收CO2来对二氧化碳进行捕集的性能设计CO2捕集与碳酸二甲酯制备一体化工艺，该工艺利用胺溶剂吸收含有CO2气体的大气，实现捕获CO2，同时胺类试剂CO2气体溶至胺类溶液中以促进与甲醇的接触，从而提高反应物DMC转化率和选择性；操作简单、能耗较小，克服传统工艺里酯化反应产生高沸点的水，破坏常用的催化剂，从而使催化剂失活。
技术方案：
为实现上述目的，本申请通过以下技术方案予以实现：
一种二氧化碳捕集与碳酸二甲酯制备一体化工艺，包括以下步骤：
步骤A，碳酸乙烯酯的制备：利用胺溶剂来吸收大气里的CO2，将胺溶剂、含CO2的大气和催化剂环氧乙烷EO按胺溶剂：含CO2的大气：催化剂环氧乙烷EO的质量份数配比＝1:22:10.6送至碳酸乙烯酯EC反应器来合成碳酸乙烯酯EC；
步骤B，将碳酸乙烯酯EC反应器产生的CO2、EO、EC混合物在闪蒸罐V-001中闪蒸至1.5bar，温度保持100℃，闪蒸后的提纯液体送至T-100蒸馏塔，根据CO2、EO、EC的沸点不同，经过T-100蒸馏塔初步简单蒸馏，EO和CO2废气从塔顶排出，液体混合物由底部流出，压力和温度都发生改变：压力由原来的1.5bar降为0.3bar,温度增长了90.5℃变为190.5℃；
步骤C，将离开T-100蒸馏塔的底部EC液体通过P-001加压泵加压到1.5bar,温度降至99.5℃并与甲醇储罐V-101中的1.5barMeOH混合，EC-MeOH混合物的温度此时为77℃，混合物储存在EC-MeOH储罐V-100中；
步骤D，将冷却到77℃的EC-MeOH混合物经过冷却器H-100并驱动至碳酸二甲酯DMC合成反应器，碳酸二甲酯DMC合成反应器出口处的混合物除DMC外，还含有MeOH、EG、EC和T-100蒸馏塔未处理干净的EO和CO2物质；
步骤E，碳酸二甲酯DMC合成反应器出口处的混合物经过冷却器H-100进入精馏塔T-101进行蒸馏，分离成顶部馏分和底部馏分，顶部馏分包含所有生成的DMC、MeOH和EG，顶部馏分储存在压缩机C-102中，底部馏分包含所有EC和EG，其中精馏塔T-101塔顶的的压力为0.29bar、温度为44℃，塔釜的压力为0.29bar、温度为162℃；
步骤F，精馏塔T-101塔顶馏出物是共沸物DMC和MeOH，经过压缩机C-102与萃取精馏塔T-102来分离DMC、MeOH和EG；萃取精馏塔T-102塔顶的压力为1.5bar、温度为120℃，萃取精馏塔T-102的馏出物是高纯度MeOH，将馏出物MeOH通过泵P-105泵入甲醇储罐V-101；
步骤G，萃取精馏塔T-102底部的塔釜液含有DMC和EG，经过共沸精馏塔T-103分离，共沸精馏塔T-103塔顶馏出物DMC在经过冷却器H-103冷却至40℃，通过加压泵P-103泵出得到高纯度DMC；
将共沸精馏塔T-103塔底的EC-MEOH经过冷却器H-104冷却后经过泵P-104加压后流入萃取精馏塔T-102塔顶；
步骤H，离开精馏塔T-101的EC-EG混合物被输送至精馏塔T-104，在精馏塔T-104中被分离为EG和EC，塔顶的EG通过冷却器H-101冷却后通过加压泵P-101泵出，塔底的EC通过冷凝器H-102冷凝后EC产物从泵P-102处收集；
优选的，所述碳酸乙烯酯EC反应器左侧设有原料胺溶剂、EO和含有CO2大气的加入口，碳酸乙烯酯EC反应器底部设有液相出口与闪蒸罐V-001的中部相连，闪蒸罐V-001处理后的废气含有CO2和EO从闪蒸罐V-001上部气体排出口排出，接着闪蒸罐V-001下部的液相出口管线与T-100蒸馏塔相连，T-100蒸馏塔的轻组分即EO和CO2废气从塔顶气相口排出，塔釜液通过P-001加压泵加压与甲醇储罐V-101中的甲醇混合沿着EC-MeOH储罐V-100的管线经过冷却器H-100进入碳酸二甲酯DMC合成反应器上侧的入口，碳酸二甲酯DMC合成反应器下侧经过冷却器H-100与精馏塔T-101左侧物料口相连，精馏塔T-101的塔底与精馏塔T-104相连，精馏塔T-104塔顶馏出物在经过冷却器H-101和加压泵P-101得到EG副产品，精馏塔T-104塔釜液相物料在经过冷凝器H-102和加压泵P-102得到EC副产品；精馏塔T-101蒸馏的馏出物经管线从左侧流入萃取精馏塔T-102，将萃取精馏塔T-102塔顶的MeOH在工段开始时再循环，通过泵P-105加压并与甲醇储罐V-101中的MeOH流混合，而萃取精馏塔T-102塔底与共沸精馏塔T-103相连，共沸精馏塔T-103塔底的EC-MEOH物料经过冷却器H-104冷却和加压泵P-104加压返回至萃取精馏塔T-102的塔顶进行循环精馏；共沸精馏塔T-103塔顶产物经过冷却器H-103和加压泵P-103得到DMC精品。
本发明的原理是：由CO2合成DMC研究方向主要有三种：甲基化、酯交换法和直接合成三种路线，基于酯交换法更加绿色环保、产率高以及原料价格便宜易得的优势；本申请选择CO2与甲醇进行酯交换合成DMC工艺路线。
有益效果：
本申请提供了一种二氧化碳捕集与碳酸二甲酯制备一体化工艺，具备以下有益效果：
1、本发明的中碳酸二烷基酯的合成方法，充分利用副产物，如在步骤F中将EG副产物质可作为萃取精馏精馏塔T-101，可以节省企业处理废物的成本。
2、碳酸二烷基酯的合成方法同时，将该方法避免了传统CO2捕集后需经CO2解析过程，直接实现了CO2富集和利用。
附图说明：
图1为本申请二氧化碳捕集与碳酸二甲酯制备一体化工艺的装置结构示意图。
附图标记说明：1、碳酸乙烯酯EC反应器；2、闪蒸罐V-001；3、T-100蒸馏塔；4、P-001加压泵；5、EC-MeOH储罐V-100；6、冷却器H-100；7、碳酸二甲酯DMC合成反应器；8、精馏塔T-101；9、压缩机C-102；10、萃取精馏塔T-102；11、共沸精馏塔T-103；12、冷却器H-103；13、加压泵P-103，14、泵P-105；15、甲醇储罐V-101；16、精馏塔T-104；17、冷却器H-101；18、加压泵P-101；19、冷凝器H-102；20、泵P-102；21、冷却器H-104；22、泵P-104。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容易于理解，下面结合实施例对本发明所述的活性炭制备技术做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
术语解释：二氧化碳捕集：也称为碳捕集，是指利用化学吸收剂与二氧化碳的化学反应回收二氧化碳，从这些其他气体中分离二氧化碳，实现吸收剂的循环吸收利用。
采用模试试验装置开展实验研究。分为两大部分，第一大部分是DMC吸收CO2，第二大部分是CO2合成DMC。其中CO2合成DMC用到的实验装置包括碳酸乙烯酯EC反应器、T-100蒸馏塔、碳酸二甲酯DMC合成反应器、萃取精馏塔T-102、精馏塔T-104；
实施例1
二氧化碳捕集与碳酸二甲酯制备一体化工艺的装置，碳酸乙烯酯EC反应器1左侧设有原料胺溶剂、EO和含有CO2大气的加入口，碳酸乙烯酯EC反应器1底部设有液相出口与闪蒸罐V-0012的中部相连，闪蒸罐V-0012处理后的废气含有CO2和EO从闪蒸罐V-0012上部气体排出口排出，接着闪蒸罐V-0012下部的液相出口管线与T-100蒸馏塔3相连，T-100蒸馏塔3的轻组分即EO和CO2废气从塔顶气相口排出，塔釜液通过P-001加压泵4加压与甲醇储罐V-101 15中的甲醇混合沿着EC-MeOH储罐V-1005的管线经过冷却器H-1006进入碳酸二甲酯DMC合成反应器7上侧的入口，碳酸二甲酯DMC合成反应器7下侧经过冷却器H-1006与精馏塔T-1018左侧物料口相连，精馏塔T-101 8的塔底与精馏塔T-104 16相连，精馏塔T-104 16塔顶馏出物在经过冷却器H-101 17和加压泵P-101 18得到EG副产品，精馏塔T-104 16塔釜液相物料在经过冷凝器H-102 19和加压泵P-102 20得到EC副产品；精馏塔T-101 8蒸馏的馏出物经管线从左侧流入萃取精馏塔T-102 10，将萃取精馏塔T-102 10塔顶的MeOH在工段开始时再循环，通过泵P-10514加压并与甲醇储罐V-101 15中的MeOH流混合，而萃取精馏塔T-102 10塔底与共沸精馏塔T-103 11相连，共沸精馏塔T-103 11塔底的EC-MEOH物料经过冷却器H-104 21冷却和加压泵P-104 22加压返回至萃取精馏塔T-102 10的塔顶进行循环精馏；共沸精馏塔T-103 11塔顶产物经过冷却器H-103 12和加压泵P-103 13得到DMC精品。
碳酸乙烯酯EC反应器参数如表1所示，碳酸二甲酯DMC合成反应器规格如表2所示，DMC生产工段所用到的塔规格参数如表3所示：
表1碳酸乙烯酯EC反应器规格
| 参数 | 数值 |
| 长度(m) | 4.11 |
| 直径(m) | 0.91 |
| 传热面积(m2) | 13.13 |
| 体积(m3) | 2.70 |
表2碳酸二甲酯DMC合成反应器规格
| 参数 | 数值 |
| 长度(m) | 10 |
| 管子直径(m) | 0.05 |
| 管子数量(-，优化) | 1498 |
| 传热面积(m2) | 2353 |
表3DMC生产工段所用到的塔规格
二氧化碳捕集与碳酸二甲酯制备一体化工艺，包括以下步骤：
步骤A，碳酸乙烯酯的制备：利用胺溶剂来吸收大气里的CO2，将胺溶剂、含CO2的大气和催化剂环氧乙烷EO按胺溶剂：含CO2的大气：催化剂环氧乙烷EO的质量份数配比＝1:22:10.6送至碳酸乙烯酯EC反应器1来合成碳酸乙烯酯EC；但是酯交换法生产的DMC所消耗的MeOH较多，考虑到原料价格甲醇1650元/吨，此外本装置如何降低酯交换工艺的原料使MeOH用量是提高装置经济效益的关键；
步骤B，将碳酸乙烯酯EC反应器1产生的CO2、EO、EC混合物在闪蒸罐V-0012中闪蒸至1.5bar，温度保持100℃，其中EC含量由原来的90.7％变为99.4％，闪蒸后的提纯液体送至T-100蒸馏塔3，根据CO2、EO、EC的沸点不同，经过T-100蒸馏塔3初步简单蒸馏，EO和CO2废气从塔顶排出，液体混合物由底部流出，压力和温度都发生改变：压力由原来的1.5bar降为0.3bar,温度增长了90.5℃变为190.5℃，塔釜液里EC含量超过99.9％；
步骤C，将离开T-100蒸馏塔3的底部EC液体通过P-001加压泵4加压到1.5bar,温度降至99.5℃并与甲醇储罐V-101 15中的1.5barMeOH混合，EC-MeOH混合物的温度此时为77℃，混合物储存在EC-MeOH储罐V-100 5中；
步骤D，将冷却到77℃的EC-MeOH混合物经过冷却器H-1006并驱动至碳酸二甲酯DMC合成反应器7，碳酸二甲酯DMC合成反应器7出口处的混合物除DMC外，还含有MeOH、EG、EC和T-100蒸馏塔3未处理干净的EO和CO2物质；
步骤E，碳酸二甲酯DMC合成反应器7出口处的混合物经过冷却器H-1006进入精馏塔T-101 8进行蒸馏，分离成顶部馏分和底部馏分，顶部馏分包含所有生成的DMC、MeOH和EG，顶部馏分储存在压缩机C-102 9中，底部馏分包含所有EC和EG，其中精馏塔T-101 8塔顶的的压力为0.29bar、温度为44℃，塔釜的压力为0.29bar、温度为162℃；
步骤F，精馏塔T-101 8塔顶馏出物是共沸物DMC和MeOH，蒸馏分离不能有效分离从而获得较纯净的产品DMC，针对此类共沸物质的分离通常采用的是萃取精馏和共沸精馏的方法，考虑到馏出物里混有EG，该物质可作为萃取精馏过程里的夹带剂，经过压缩机C-1029与萃取精馏塔T-102 10来分离DMC、MeOH和EG；萃取精馏塔T-102 10塔顶的压力为1.5bar、温度为120℃，萃取精馏塔T-102 10的馏出物是高纯度MeOH，将馏出物MeOH通过泵P-105 14泵入甲醇储罐V-101 15；
步骤G，萃取精馏塔T-102 10底部的塔釜液含有DMC和EG，经过共沸精馏塔T-10311分离，共沸精馏塔T-103 11塔顶馏出物DMC在经过冷却器H-103 12冷却至40℃，通过加压泵P-103 13泵出得到高纯度DMC，通过加压泵P-103 13泵出得到的DMC含量大于99.9％的产物，馏出物由MeOH组成，该MeOH在工段开始时再循环、加压并与额外的MeOH流混合这是本工艺的一个创新点；
将共沸精馏塔T-103 11塔底的EC-MEOH经过冷却器H-104 21冷却后经过泵P-10422加压后流入萃取精馏塔T-102 10塔顶；
步骤H，离开精馏塔T-101 8的EC-EG混合物被输送至精馏塔T-104 16，在精馏塔T-104 16中被分离为EG和EC，塔顶的EG通过冷却器H-101 17冷却后通过加压泵P-101 18泵出，塔底的EC通过冷凝器H-102 19冷凝后EC产物从泵P-102 20＝处收集，分别测试离开精馏塔T-104 16的EC和EG流的纯度分别等于99.61％和99.62％。
所述碳酸乙烯酯EC反应器1为直管管式，碳酸乙烯酯EC反应器1内部装有散堆填料提高物流混合均匀度，提高反应原料利用率降低成本。
将萃取精馏塔T-102 10塔顶的塔顶的MeOH在工段开始时再循环，通过泵P105 14加压并与甲醇储罐V-101 15中的MeOH流混合，能有效减少甲醇的使用量，从而降低整个工艺的成本。
精馏塔T-101 8的塔釜增加了精馏塔T-104 16用于分离EG-EC混合物，由于EG和EC市场价都不便宜，能带来额外利润。
精馏塔T-101 8馏出物里混有EG，该物质可作为萃取精馏过程里的夹带剂来分离DMC、MeOH。最终分离后的产物纯度都很高，无论是产物DMC还是副产品EC、EG含量都超过99％。
本申请用胺溶剂吸收大气里的CO2并直接用于合成碳酸二甲基酯，克服现有CO2捕集后，需经高能耗的解析过程后才能利用的缺点，提供了一种操作简单、能耗较小的CO2捕集并直接合成碳酸二甲基酯的方法。除了生产主产品DMC，还特地增加了精馏塔T-104用于分离从精馏塔T-101塔底出来的EG-EC液相混合物，分离出来的EG、EC纯度都高于99％，可以直接售卖，可增加额外利润。
上述是结合实施例对本发明作出的详细说明，但是本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，本领域技术人员根据本发明的启示，不脱离本发明核心指导思想所作出的改进、替换、修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种二氧化碳捕集与碳酸二甲酯制备一体化工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A，碳酸乙烯酯的制备：利用胺溶剂来吸收大气里的CO2，将胺溶剂、含CO2的大气和催化剂环氧乙烷EO按胺溶剂：含CO2的大气：催化剂环氧乙烷EO的质量份数配比＝1:22:10.6送至碳酸乙烯酯EC反应器(1)来合成碳酸乙烯酯EC；
步骤B，将碳酸乙烯酯EC反应器(1)产生的CO2、EO、EC混合物在闪蒸罐V-001(2)中闪蒸至1.5bar，温度保持100℃，闪蒸后的提纯液体送至T-100蒸馏塔(3)，根据CO2、EO、EC的沸点不同，经过T-100蒸馏塔(3)初步简单蒸馏，EO和CO2废气从塔顶排出，液体混合物由底部流出，压力和温度都发生改变：压力由原来的1.5bar降为0.3bar,温度增长了90.5℃变为190.5℃；
步骤C，将离开T-100蒸馏塔(3)的底部EC液体通过P-001加压泵(4)加压到1.5bar,温度降至99.5℃并与甲醇储罐V-101(15)中的1.5bar MeOH混合，EC-MeOH混合物的温度此时为77℃，混合物储存在EC-MeOH储罐V-100(5)中；
步骤D，将冷却到77℃的EC-MeOH混合物经过冷却器H-100(6)并驱动至碳酸二甲酯DMC合成反应器(7)，碳酸二甲酯DMC合成反应器(7)出口处的混合物除DMC外，还含有MeOH、EG、EC和T-100蒸馏塔(3)未处理干净的EO和CO2物质；
步骤E，碳酸二甲酯DMC合成反应器(7)出口处的混合物经过冷却器H-100(6)进入精馏塔T-101(8)进行蒸馏，分离成顶部馏分和底部馏分，顶部馏分包含所有生成的DMC、MeOH和EG，顶部馏分储存在压缩机C-102(9)中，底部馏分包含所有EC和EG，其中精馏塔T-101(8)塔顶的的压力为0.29bar、温度为44℃，塔釜的压力为0.29bar、温度为162℃；
步骤F，精馏塔T-101(8)塔顶馏出物是共沸物DMC和MeOH，经过压缩机C-102(9)与萃取精馏塔T-102(10)来分离DMC、MeOH和EG；萃取精馏塔T-102(10)塔顶的压力为1.5bar、温度为120℃，萃取精馏塔T-102(10)的馏出物是高纯度MeOH，将馏出物MeOH通过泵P-105(14)泵入甲醇储罐V-101(15)；
步骤G，萃取精馏塔T-102(10)底部的塔釜液含有DMC和EG，经过共沸精馏塔T-103(11)分离，共沸精馏塔T-103(11)塔顶馏出物DMC在经过冷却器H-103(12)冷却至40℃，通过加压泵P-103(13)泵出得到高纯度DMC；
将共沸精馏塔T-103(11)塔底的EC-MEOH经过冷却器H-104(21)冷却后经过泵P-104(22)加压后流入萃取精馏塔T-102(10)塔顶；
步骤H，离开精馏塔T-101(8)的EC-EG混合物被输送至精馏塔T-104(16)，在精馏塔T-104(16)中被分离为EG和EC，塔顶的EG通过冷却器H-101(17)冷却后通过加压泵P-101(18)泵出，塔底的EC通过冷凝器H-102(19)冷凝后EC产物从泵P-102(20)处收集。
2.根据权利要求1所述二氧化碳捕集与碳酸二甲酯制备一体化工艺，其特征在于：所述碳酸乙烯酯EC反应器(1)左侧设有原料胺溶剂、EO和含有CO2大气的加入口，碳酸乙烯酯EC反应器(1)底部设有液相出口与闪蒸罐V-001(2)的中部相连，闪蒸罐V-001(2)处理后的废气含有CO2和EO从闪蒸罐V-001(2)上部气体排出口排出，接着闪蒸罐V-001(2)下部的液相出口管线与T-100蒸馏塔(3)相连，T-100蒸馏塔(3)的轻组分即EO和CO2废气从塔顶气相口排出，塔釜液通过P-001加压泵(4)加压与甲醇储罐V-101(15)中的甲醇混合沿着EC-MeOH储罐V-100(5)的管线经过冷却器H-100(6)进入碳酸二甲酯DMC合成反应器(7)上侧的入口，碳酸二甲酯DMC合成反应器(7)下侧经过冷却器H-100(6)与精馏塔T-101(8)左侧物料口相连，精馏塔T-101(8)的塔底与精馏塔T-104(16)相连，精馏塔T-104(16)塔顶馏出物在经过冷却器H-101(17)和加压泵P-101(18)得到EG副产品，精馏塔T-104(16)塔釜液相物料在经过冷凝器H-102(19)和加压泵P-102(20)得到EC副产品；精馏塔T-101(8)蒸馏的馏出物经管线从左侧流入萃取精馏塔T-102(10)，将萃取精馏塔T-102(10)塔顶的MeOH在工段开始时再循环，通过泵P-105(14)加压并与甲醇储罐V-101(15)中的MeOH流混合，而萃取精馏塔T-102(10)塔底与共沸精馏塔T-103(11)相连，共沸精馏塔T-103(11)塔底的EC-MEOH物料经过冷却器H-104(21)冷却和加压泵P-104(22)加压返回至萃取精馏塔T-102(10)的塔顶进行循环精馏；共沸精馏塔T-103(11)塔顶产物经过冷却器H-103(12)和加压泵P-103(13)得到DMC精品。
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