CN117003640A - 一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产方法及装置，属于碳酸二乙酯生产制造领域；本发明采用多塔联合工艺，包括催化合成塔、碳酸二乙酯提取塔、乙醇塔、乙二醇塔和碳酸二乙酯塔，输入乙醇和碳酸乙烯酯,通过多塔联合工艺进行产出碳酸二乙酯和乙二醇，且品质均能达到电池级，本发明催化合成塔内的使用固体碱盐催化剂，并装填在定制模块中，其失活后可回收再生，环保处置费用大大降低；同时通过外伴加热管及塔底再沸器最大限度保证反应温度，确保催化剂效用最大化，可提高反应速率，通过合理调整设备间管道连接，可提高产品收率；定制模块可确保催化剂与物料全面接触，催化效率高、充填量小；生产装置可做到连续化生产，提高了产能。

Description

一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产方法及装置

技术领域

本发明涉及一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产方法及装置，属于碳酸二乙酯生产制造领域。

背景技术

现有在用的碳酸二乙酯生产技术方法较多，有些已淘汰，有些没实现工业化，有些还处于研发改善阶段，大致介绍如下：

光气法制备碳酸二乙酯是将光气通入无水乙醇中进行反应制得碳酸二乙酯。缺点是光气为剧毒化学品，使用安全风险大，对环境危害大；其次反应生成氯化氢，具腐蚀性，对设备及环境不利。该方法在工业应用上已基本淘汰。

酯交换法是根据酯交换所采用的原料不同，大致可分为硫酸二乙酯和碳酸盐的酯交换法以及碳酸酯和乙醇的酯交换反应。

1.硫酸二乙酯和碳酸盐的酯交换；

硫酸二乙酯可以和碳酸盐在不需要催化剂的条件下进行反应生成碳酸二乙酯和硫酸盐，但是反应物使用了剧毒的硫酸二乙酯并生成了硫酸盐，一来安全风险高，二来生成的盐容易造成反应釜结垢。该方法在工业应用上已基本淘汰。

2.碳酸酯和乙醇的酯交换；

碳酸酯和乙醇的酯交换中的酯可以是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯等。缺点是反应均为可逆，且反应的平衡常数较小，特别是采用碳酸乙烯酯时，其反应为平行串联反应，碳酸二乙酯的最大选择性为50％；其次反应使用的催化剂其效果不理想，转化率低、失活处置技术复杂且处置成本高。

乙醇氧化羰基合成法，该方法主要分为气相法和液相法2种，缺点是1.催化剂使用寿命短，对设备及管线有严重的氯离子腐蚀；2.其次产品与催化剂较难分离；2.需使用一氧化碳做原料，安全风险高。

其他合成方法有草酸二乙酯羰基法、氨基甲酸乙酯法、乙醇二氧化碳直接合成法等。这些方法存在催化剂价格高、副产物难处理、不具备热力学优势等缺点，未见工业化装置。

发明内容

发明目的：提供一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产方法及装置，解决上述提到的问题。

技术方案：第一方面，提出一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产方法，包括：

步骤S1、进料，乙醇通过管道输送至汽化器进行汽化，碳酸乙烯酯通过管道输送至预热器进行预热；

步骤S2、催化反应和粗分，将乙醇与碳酸乙烯酯输入催化合成塔内进行催化反应，并在塔内进行产物粗分；

步骤S3、进行产物的精馏工作，并提取乙二醇和碳酸二乙酯，同时将未反应的碳酸乙烯酯和乙醇回收再利用。

在进一步的实施例中，在步骤S1中，产品的进料主要包括：乙醇进料和碳酸乙烯酯进料；

其中，乙醇进料是将乙醇存储罐内的乙醇通过管道输送至汽化器进行汽化；

碳酸乙烯酯进料是将碳酸乙烯酯存储罐内的碳酸乙烯酯通过管道输送至预热器进行预热，同时在进行输入预热器进行预热之前，碳酸乙烯酯会先通过热交换器进行一次预热，将合成气的热量进行余热利用。

在进一步的实施例中，在步骤S2中，汽化乙醇经管道自底部通入催化合成塔内，液相碳酸乙烯酯经管道自中上部通入催化合成塔内，2种物料在装置内经过接触，在催化剂作用下进行反应。

在进一步的实施例中，在步骤3中，具体的步骤如下：

步骤S31、乙醇回收及产品精馏；催化合成塔内的气相混合物通过其顶部的出料口进行输出，并通过热交换器进行余热利用后保持温度稳定进入乙醇塔内进行脱轻分离工作，乙醇塔塔顶提取乙醇并通过管道传输至乙醇存储罐内再使用，塔底保留碳酸二乙酯，并通过乙醇塔底部物料泵输入碳酸二乙酯塔内，碳酸二乙酯塔提取电池级的碳酸二乙酯产品并输出，同时塔底留存的碳酸乙烯酯进行回收传输至碳酸乙烯酯存储罐内再使用；

步骤S32、碳酸乙烯酯回收及乙二醇精馏；催化合成塔内的液相混合物通过其底部的出料口进行输入碳酸二乙酯提取塔，塔内进行蒸发工作，且塔顶提取碳酸二乙酯，因此时的提取的碳酸二乙酯纯度不够，内部存在少量乙醇，需要将提取碳酸二乙酯输入至乙醇塔内进行再一次的乙醇回收及产品精馏，从而得到电池级的碳酸二乙酯产品并输出，其次碳酸二乙酯提取塔塔底内的液体经泵输送入乙二醇塔进行脱重提纯，乙二醇塔塔顶提取乙二醇并输出，塔底留存的碳酸乙烯酯进行回收传输至碳酸乙烯酯存储罐内再使用。

在进一步的实施例中，提取的碳酸二乙酯和乙二醇在输出时要通过冷凝器与分子筛将气体转换为液体并脱水。

第二方面，提出一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产装置，其特征在于，包括：

催化合成塔、预热器、汽化器、热交换器、碳酸二乙酯提取塔、乙醇塔、乙二醇塔和碳酸二乙酯塔；

所述催化合成塔输入端同时与所述预热器的输出端和所述汽化器的输出端连接，所述催化合成塔的顶部输出端与所述热交换器的输入端连接，所述催化合成塔的底部输出端与所述碳酸二乙酯提取塔的输入端连接，所述热交换器的输出端与所述乙醇塔的输入端连接，所述碳酸二乙酯提取塔的底部输出端与所述乙二醇塔的输入端连接，所述乙醇塔的底部输出端与所述碳酸二乙酯塔的输入端连接。

在进一步的实施例中，所述碳酸二乙酯提取塔、乙醇塔、乙二醇塔和碳酸二乙酯塔的顶部输出端均设有冷凝器和分子筛，所述碳酸二乙酯提取塔中冷凝器的输出端与所述乙醇塔的输入端连接。

在进一步的实施例中，本生产装置还包括：碳酸乙烯酯存储罐、乙醇存储罐、乙二醇存储罐和碳酸二乙酯存储罐；所述碳酸乙烯酯存储罐的输出端与所述热交换器的输入端连接，所述热交换器的输出端与所述预热器的输入端连接，所述碳酸乙烯酯存储罐的输入端输入碳酸乙烯酯原料、并同时与所述乙二醇塔的底部输出端和所述碳酸二乙酯塔的底部输出端连接，所述乙醇存储罐的输出端与所述汽化器的输入端连接，所述乙醇存储罐的输出端输入乙醇原料、并与所述乙醇塔的顶部输出端连接，所述乙二醇存储罐的输入端与所述乙二醇塔的顶部输出端连接，所述碳酸二乙酯存储罐的输入端与所述碳酸二乙酯塔的顶部输出端连接。

在进一步的实施例中，所述碳酸二乙酯提取塔、乙醇塔、乙二醇塔和碳酸二乙酯塔的内部均设有3段催化剂填充层和1段提馏填料层，每段催化剂独立设置外伴加热管，外伴加热管加热介质均为蒸汽，所述催化剂为固体碱盐制成，且所述催化剂填充层装填在定制模块中。

在进一步的实施例中，所述碳酸二乙酯提取塔、乙醇塔、乙二醇塔和碳酸二乙酯塔外侧均设有再沸器。

有益效果：本发明涉及一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产方法及装置，属于碳酸二乙酯生产制造领域，本发明采用多塔联合工艺，包括催化合成塔、碳酸二乙酯提取塔、乙醇塔、乙二醇塔和碳酸二乙酯塔；本发明工作时输入乙醇和碳酸乙烯酯,通过多塔联合工艺进行产出碳酸二乙酯和乙二醇，且品质均能达到电池级，同时本发明催化合成塔内的使用固体碱盐催化剂，并装填在定制模块中，其失活后可回收再生，环保处置费用大大降低；同时通过外伴加热管及塔底再沸器最大限度保证反应温度，确保催化剂效用最大化，可提高反应速率，通过合理调整设备间管道连接，可提高产品收率；定制模块可确保催化剂与物料全面接触，催化效率高、充填量小；生产装置可做到连续化生产，提高了产能，减少了投资；进料与出料同时进行，原料停留时间短，逆反应、副反应概率大大降低；从而在同等投资规模项目，采用本技术，产能可提高50％；其次采用本技术，合成反应液中产品含量可由35％提高至57％；合成反应液后处理提纯综合成本可降低30％；反应产物中各组分均能精准分离提纯。

附图说明

图1是本发明的生产装置示意图。

图2是本发明的生产流程示意图。

图3是本发明的生产方法流程图。

图4是本发明的催化合成塔示意图。

图5是本发明的乙醇塔示意图。

图6是本发明的碳酸二乙脂塔示意图。

图7是本发明的碳酸二乙脂提取塔示意图。

图8是本发明的乙二醇塔示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施；在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

如图1至图3所示，实施例1：

一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产方法，包括：

步骤S1、进料，乙醇通过管道输送至汽化器进行汽化，碳酸乙烯酯通过管道输送至预热器进行预热；

步骤S2、催化反应和粗分，将乙醇与碳酸乙烯酯输入催化合成塔内进行催化反应，并在塔内进行产物粗分；

步骤3、进行产物的精馏工作，并提取乙二醇和碳酸二乙酯，同时将未反应的碳酸乙烯酯和乙醇回收再利用。

在一个实施例中，在步骤S1中，产品的进料主要包括：乙醇进料和碳酸乙烯酯进料；

其中，乙醇进料是将乙醇存储罐内的乙醇通过管道输送至汽化器进行汽化；

碳酸乙烯酯进料是将碳酸乙烯酯存储罐内的碳酸乙烯酯通过管道输送至预热器进行预热，同时在进行输入预热器进行预热之前，碳酸乙烯酯会先通过热交换器进行一次预热，将合成气的热量进行余热利用。

在一个实施例中，在步骤S2中，汽化乙醇经管道自底部通入催化合成塔内，液相碳酸乙烯酯经管道自中上部通入催化合成塔内，2种物料在装置内经过接触，在催化剂作用下进行反应。

在一个实施例中，在步骤S3中，具体的步骤如下：

步骤31、乙醇回收及产品精馏；催化合成塔内的气相混合物通过其顶部的出料口进行输出，并通过热交换器进行余热利用后保持温度稳定进入乙醇塔内进行脱轻分离工作，乙醇塔塔顶提取乙醇并通过管道传输至乙醇存储罐内再使用，塔底保留碳酸二乙酯，并通过乙醇塔底部物料泵输入碳酸二乙酯塔内，碳酸二乙酯塔提取电池级的碳酸二乙酯产品并输出，同时塔底留存的碳酸乙烯酯进行回收传输至碳酸乙烯酯存储罐内再使用；

步骤32、碳酸乙烯酯回收及乙二醇精馏；催化合成塔内的液相混合物通过其底部的出料口进行输入碳酸二乙酯提取塔，塔内进行蒸发工作，且塔顶提取碳酸二乙酯，因此时的提取的碳酸二乙酯纯度不够，内部存在少量乙醇，需要将提取碳酸二乙酯输入至乙醇塔内进行再一次的乙醇回收及产品精馏，从而得到电池级的碳酸二乙酯产品并输出，其次碳酸二乙酯提取塔塔底内的液体经泵输送入乙二醇塔进行脱重提纯，乙二醇塔塔顶提取乙二醇并输出，塔底留存的碳酸乙烯酯进行回收传输至碳酸乙烯酯存储罐内再使用。

在一个实施例中，提取的碳酸二乙酯和乙二醇在输出时要通过冷凝器与分子筛将气体转换为液体并脱水。

在一个实施例中，乙醇与碳酸乙烯酯投料摩尔比为2:1或3:1，保持乙醇过量，使碳酸乙烯酯尽量反应完全，减少了后序的碳酸乙烯酯回收量。

实施例2：

一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产装置，其特征在于，包括：

催化合成塔、预热器、汽化器、热交换器、碳酸二乙酯提取塔、乙醇塔、乙二醇塔和碳酸二乙酯塔；

所述催化合成塔输入端同时与所述预热器的输出端和所述汽化器的输出端连接，所述催化合成塔的顶部输出端与所述热交换器的输入端连接，所述催化合成塔的底部输出端与所述碳酸二乙酯提取塔的输入端连接，所述热交换器的输出端与所述乙醇塔的输入端连接，所述碳酸二乙酯提取塔的底部输出端与所述乙二醇塔的输入端连接，所述乙醇塔的底部输出端与所述碳酸二乙酯塔的输入端连接。

在一个实施例中，所述碳酸二乙酯提取塔、乙醇塔、乙二醇塔和碳酸二乙酯塔的顶部输出端均设有冷凝器和分子筛，所述碳酸二乙酯提取塔中冷凝器的输出端与所述乙醇塔的输入端连接。

在一个实施例中，本装置还包括：碳酸乙烯酯存储罐、乙醇存储罐、乙二醇存储罐和碳酸二乙酯存储罐；所述碳酸乙烯酯存储罐的输出端与所述热交换器的输入端连接，所述热交换器的输出端与所述预热器的输入端连接，所述碳酸乙烯酯存储罐的输入端输入碳酸乙烯酯原料、并同时与所述乙二醇塔的底部输出端和所述碳酸二乙酯塔的底部输出端连接，所述乙醇存储罐的输出端与所述汽化器的输入端连接，所述乙醇存储罐的输出端输入乙醇原料、并与所述乙醇塔的顶部输出端连接，所述乙二醇存储罐的输入端与所述乙二醇塔的顶部输出端连接，所述碳酸二乙酯存储罐的输入端与所述碳酸二乙酯塔的顶部输出端连接。

在一个实施例中，所述催化合成塔的内部设有3段催化剂填充层和1段提馏填料层，每段催化剂独立设置外伴加热管，外伴加热管加热介质均为蒸汽，所述催化剂为固体碱盐制成，其失活后可回收再生，环保处置费用大大降低，催化剂与物料可全面接触，催化效率高、充填量小，且所述催化剂填充层装填在定制模块中，失活后取出方便。

在一个实施例中，所述催化合成塔、碳酸二乙酯提取塔、乙醇塔、乙二醇塔和碳酸二乙酯塔外侧均设有再沸器。

在一个实施例中，如图4至图8所示，为催化合成塔、碳酸二乙酯提取塔、乙醇塔、乙二醇塔和碳酸二乙酯塔的结构示意图，各个塔之间采用管道连接。

工作原理：进料：乙醇通过管道输送至汽化器(采用1.5Mpa、200℃蒸汽进行加热)进行汽化，碳酸乙烯酯通过管道输送至预热器进行预热(采用0.6Mpa、150℃蒸汽进行加热)。

气液相反应合成及粗分：汽化乙醇经管道自底部通入催化合成气液相反应装置内、液相碳酸乙烯酯经管道自中上部通入催化合成气液相反应装置内，2种物料在装置内经过接触，在催化剂作用下进行反应。

乙醇回收及产品精馏：反应装置顶部气相混合物经管道直接进入乙醇塔(多层填料塔，微负压操作，底部设再沸器，顶部控温65℃，底部控温110℃)，在该塔内进行分离，塔顶提取乙醇，塔底保留碳酸二乙酯。乙醇塔底部物料泵入碳酸二乙酯塔(多层填料塔、负压操作，底部设再沸器，顶部控温85℃，底部控温110℃)，塔顶部提取碳酸二乙酯。

碳酸乙烯酯回收及乙二醇精馏：反应装置底部物料通过泵输送入碳酸二乙酯提取塔(多层填料塔、负压操作，底部设再沸器，顶部控温85℃，底部控温120℃)，塔顶提取碳酸二乙酯，塔底液体经泵输送入乙二醇塔(多层填料塔、负压操作，底部设再沸器，顶部控温105℃，底部控温150℃)进行提纯，塔顶提取乙二醇，塔底留存的碳酸乙烯酯回收再使用。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、进料，乙醇通过管道输送至汽化器进行汽化，碳酸乙烯酯通过管道输送至预热器进行预热；

步骤S2、催化反应和粗分，将乙醇与碳酸乙烯酯输入催化合成塔内进行催化反应，并在塔内进行产物粗分；

步骤S3、进行产物的精馏工作，并提取乙二醇和碳酸二乙酯，同时将未反应的碳酸乙烯酯和乙醇回收再利用。

2.根据权利要求1所述的一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产方法，其特征在于，在步骤S1中，产品的进料主要包括：乙醇进料和碳酸乙烯酯进料；

其中，乙醇进料是将乙醇存储罐内的乙醇通过管道输送至汽化器进行汽化；

碳酸乙烯酯进料是将碳酸乙烯酯存储罐内的碳酸乙烯酯通过管道输送至预热器进行预热，同时在进行输入预热器进行预热之前，碳酸乙烯酯会先通过热交换器进行一次预热，将合成气的热量进行余热利用。

3.根据权利要求1所述的一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产方法，其特征在于，在步骤S2中，汽化乙醇经管道自底部通入催化合成塔内，液相碳酸乙烯酯经管道自中上部通入催化合成塔内，2种物料在装置内经过接触，在催化剂作用下进行反应。

4.根据权利要求1所述的一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产方法，其特征在于，在步骤S3中，具体的步骤如下：

步骤S31、乙醇回收及产品精馏；催化合成塔内的气相混合物通过其顶部的出料口进行输出，并通过热交换器进行余热利用后保持温度稳定进入乙醇塔内进行脱轻分离工作，乙醇塔塔顶提取乙醇并通过管道传输至乙醇存储罐内再使用，塔底保留碳酸二乙酯，并通过乙醇塔底部物料泵输入碳酸二乙酯塔内，碳酸二乙酯塔提取电池级的碳酸二乙酯产品并输出，同时塔底留存的碳酸乙烯酯进行回收传输至碳酸乙烯酯存储罐内再使用；

步骤S32、碳酸乙烯酯回收及乙二醇精馏；催化合成塔内的液相混合物通过其底部的出料口进行输入碳酸二乙酯提取塔，塔内进行蒸发工作，且塔顶提取碳酸二乙酯，因此时的提取的碳酸二乙酯纯度不够，内部存在少量乙醇，需要将提取碳酸二乙酯输入至乙醇塔内进行再一次的乙醇回收及产品精馏，从而得到电池级的碳酸二乙酯产品并输出，其次碳酸二乙酯提取塔塔底内的液体经泵输送入乙二醇塔进行脱重提纯，乙二醇塔塔顶提取乙二醇并输出，塔底留存的碳酸乙烯酯进行回收传输至碳酸乙烯酯存储罐内再使用。

5.根据权利要求4所述的一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产方法，其特征在于，提取的碳酸二乙酯和乙二醇在输出时要通过冷凝器与分子筛将气体转换为液体并脱水。

6.一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产装置，其特征在于，包括：

催化合成塔、预热器、汽化器、热交换器、碳酸二乙酯提取塔、乙醇塔、乙二醇塔和碳酸二乙酯塔；

所述催化合成塔输入端同时与所述预热器的输出端和所述汽化器的输出端连接，所述催化合成塔的顶部输出端与所述热交换器的输入端连接，所述催化合成塔的底部输出端与所述碳酸二乙酯提取塔的输入端连接，所述热交换器的输出端与所述乙醇塔的输入端连接，所述碳酸二乙酯提取塔的底部输出端与所述乙二醇塔的输入端连接，所述乙醇塔的底部输出端与所述碳酸二乙酯塔的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产装置，其特征在于，

所述碳酸二乙酯提取塔、乙醇塔、乙二醇塔和碳酸二乙酯塔的顶部输出端均设有冷凝器和分子筛，所述碳酸二乙酯提取塔中冷凝器的输出端与所述乙醇塔的输入端连接。

8.根据权利要求6所述的一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产装置，其特征在于，还包括：碳酸乙烯酯存储罐、乙醇存储罐、乙二醇存储罐和碳酸二乙酯存储罐；所述碳酸乙烯酯存储罐的输出端与所述热交换器的输入端连接，所述热交换器的输出端与所述预热器的输入端连接，所述碳酸乙烯酯存储罐的输入端输入碳酸乙烯酯原料、并同时与所述乙二醇塔的底部输出端和所述碳酸二乙酯塔的底部输出端连接，所述乙醇存储罐的输出端与所述汽化器的输入端连接，所述乙醇存储罐的输出端输入乙醇原料、并与所述乙醇塔的顶部输出端连接，所述乙二醇存储罐的输入端与所述乙二醇塔的顶部输出端连接，所述碳酸二乙酯存储罐的输入端与所述碳酸二乙酯塔的顶部输出端连接。

9.根据权利要求6所述的一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产装置，其特征在于，

所述催化合成塔的内部设有3段催化剂填充层和1段提馏填料层，每段催化剂独立设置外伴加热管，外伴加热管加热介质均为蒸汽，所述催化剂为固体碱盐制成，且所述催化剂填充层装填在定制模块中。

10.根据权利要求6所述的一种连续化生产电池级碳酸二乙酯的生产装置，其特征在于，

所述催化合成塔、碳酸二乙酯提取塔、乙醇塔、乙二醇塔和碳酸二乙酯塔外侧均设有再沸器。