CN212269945U - 一种绿色生产碳酸二甲酯的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的提供一种绿色生产碳酸二甲酯的系统，依次包括三个单元：电解水单元、CO2逆变换单元和DMC合成单元。本实用新型的生产系统针对碳酸酯类产品。该系统摒弃了投资巨大且工艺复杂的空分系统，采用电解水制氢同时制取重要原料O2；同时电解水提供的氢氧比正好满足合成DMC的需求，原料O2无丢弃。该系统利用CO2作为主要碳源之一，经水煤气逆变换将H2逆变为CO，过程清洁绿色。DMC合成采用甲醇氧化羰基化路线，甲醇亦便宜易得。
Description
技术领域
本实用新型涉及清洁化工合成技术领域，尤其涉及一种以CO2为碳源，绿色生产碳酸二甲酯的系统。
背景技术
碳酸二甲酯(DMC)具有多种活性基团，可以作为甲基化试剂、甲氧基化试剂和羰基化试剂等，广泛用于有机合成。同时它也是无毒性的绿色化工中间体和良好的有机溶剂，被誉为21世纪的“绿色化学品”。作为符合现代“清洁工艺”要求的泛用化工原料，DMC在国内外化工行业拥有广泛的发展空间。
传统的DMC生产工艺采用光气甲醇法。工艺过程复杂，光气剧毒，且产生的副产物HCL具有腐蚀性污染环境，已经走向淘汰。而酯交换法投资大，尤其受原料环氧乙烷和乙二醇价格波动影响大。因此开发原料廉价易得，工艺环保高效的合成技术具有广阔的应用前景。
实用新型内容
本实用新型提供一种新型的绿色低成本的生产碳酸二甲酯的系统。以成熟的电解水工艺为甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯提供基础原料H2和O2；通过耦合水煤气逆变换把CO2逆变为合成碳酸二甲酯所需的CO；廉价的CO、O2以及甲醇原料的获得使得整个碳酸二甲酯合成系统实现了低成本、无污染，同时综合利用了CO2。
本实用新型的技术方案如下：
一种绿色生产碳酸二甲酯的系统，依次包括三个单元：电解水单元、CO2逆变换单元和DMC合成单元；
其中，所述电解水单元主要包括电解水制氢制氧装置，用于通过电解将水制取为H2和O2；
所述CO2逆变单元主要包括：水煤气逆变换装置和气体分离装置，所述水煤气逆变换装置接收来自所述电解水单元制得的H2和外供的CO2反应逆变为CO，得到转化气；所述气体分离装置接收来自所述水煤气逆变换装置的转化气，并将其中的CO出来；
所述DMC合成单元主要包括：甲醇氧化羰基化反应装置，所述甲醇氧化羰基化反应装置接收来自所述CO2逆变单元的所述气体分离装置分离出来CO气体和来自所述电解水单元的O2、以及外供甲醇，通过催化合成DMC并精制。
优选地，所述气体分离装置可以采用常规的CO分离通用装置，包括但不限于变压吸附分离装置、深冷分离装置、溶液吸收分离装置以及膜分离装置。
优选地，所述CO2逆变单元进一步包括气体回收装置，用于将所述气体分离装置气体分离装置分离CO后的剩余气体导入所述水煤气逆变换装置。
优选地，所述气体回收装置可以为循环压缩机。
有益效果
本实用新型的生产系统针对碳酸酯类产品。该系统摒弃了投资巨大且工艺复杂的空分系统，采用电解水制氢同时制取重要原料O2；同时电解水提供的氢氧比正好满足合成DMC的需求，原料O2无丢弃。该系统利用CO2作为主要碳源之一，经水煤气逆变换将H2逆变为CO，过程清洁绿色。DMC合成采用甲醇氧化羰基化路线，甲醇亦便宜易得。整个生产系统流程短、投资少，且其中电解水装置可以很好地耦合新能源发电技术，如：风能、太阳能及潮汐能等，或利用弃电，如：波谷电、垃圾电等，从而进一步降低成本，经济效益显著，符合绿色环保工艺要求，具有可持续发展的战略意义。
附图说明
在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所实用新型的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
图1为根据本实用新型的一个实施方式的绿色生产碳酸二甲酯的系统的结构示意图。
附图标记
1-电解水单元，2-CO2逆变换单元，3-DMC合成单元；11-电解水制氢制氧装置，21-水煤气逆变换装置，22-气体分离装置，23-气体回收装置，31-甲醇氧化羰基化装置。
具体实施方式
下面，结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细的描述，但不作为本实用新型的限定。
应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，下述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本实用新型的这些和其它特性将会变得显而易见。
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本实用新型进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本实用新型的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。
根据本实用新型的一个实施例提供了一种利用CO2为原料绿色生产碳酸二甲酯转化系统，依次包括三个单元：电解水单元1、CO2逆变换单元2和DMC合成单元3。
所述电解水单元1主要包括电解水制氢制氧装置11，利用电解水技术制备高纯氢气和高纯氧气。所述电解水单元1主要通过电解水技术制取H2的同时，生产的O2也是下游合成重要的原料之一，藉此省去了投资巨大、工艺复杂的空分制氧。同时电解水装置的电力可以对接新能源，如：风能、太阳能及潮汐能等绿色发电，或利用弃电，如：波谷电、垃圾电等，生产成本进一步显著降低。此单元总体化学反应方程式为：
所述CO2逆变换单元2主要包括：水煤气逆变换装置21和气体分离装置22。所述水煤气逆变换装置21用于接收来自所述电解水单元1制得的H2和外供的CO2反应逆变为CO，得到转化气；所述气体分离装置22用于将来自所述水煤气逆变换装置21的转化气分离出CO送入下游合成此单元总体化学反应方程式为：
CO2+H2＝CO+H2O
优选地，所述CO2逆变换单元2进一步包括气体回收装置23，用于将所述气体分离装置22分离出CO后的剩余气体(主要为CO2和H2)与新鲜CO2原料混合一起导入所述水煤气逆变换装置21再次反应，从而使H2转化率接近100％。所述CO2逆变换单元总体化学反应方程式为：
CO2+H2＝CO+H2O
优选地，所述气体回收装置23可以为循环压缩机。
所述DMC合成单元3主要包括甲醇氧化羰基化装置31，所述甲醇氧化羰基化反应装置31接收来自所述CO2逆变单元2的所述气体分离装置22分离出来CO气体和来自所述电解水单元1的O2、以及外供甲醇，通过催化合成DMC并精制。所述DMC合成单元3总体化学反应方程式为：
由上述三个单元的化学方程式不难发现，电解水生成的H2和O2的化学计量比正好满足合成DMC所需，因此整个转化系统理论上无O2剩余。
下面参考图1具体说明根据本实用新型的转化系统的具体运行方式。
1)首先在所述电解水单元1中，将所述电解水制氢制氧装置11制备的
CO2+H2＝CO+H2O高纯氢气和高纯氧气分别导出到下游CO2逆变换单元2的所述水煤气逆变换装置21和DMC合成单元3的甲醇氧化羰基化装置31；
2)将步骤1)中制备的H2和外供的CO2在所述水煤气逆变换装置21中预热，并在催化剂的存在下发生水煤气逆变换反应，生成气富含CO，之后降温除去冷凝水，得到转化气，其主要成分为CO2、CO和少量H2和水蒸气，逆变换反应温度控制在300-600℃，压力为0.5-8MPa；
3)将步骤2)中的转化气送入所述气体分离装置22，分离出其中的CO，CO纯度>95％；
4)将步骤3)中分离CO之后排出的气体(主要成分为CO2和少量H2)通过所述气体回收装置23回送入所述水煤气逆变换装置21，和外供的CO2、来自所述电解水单元1的H2混合、预热，一起作为逆变换反应原料气；
5)将步骤3)中的CO和步骤1)中制备的O2连同外供的甲醇一起送入DMC合成单元3，于氧化羰基化装置31中发生反应，生成DMC，经过分离副产物精制得到纯度>98％的DMC，合成温度：100-180℃，操作压力：0.1-4MPa。
优选地，所述步骤3)中，所述气体分离装置22可以采用常规的CO分离通用装置，包括但不限于变压吸附分离装置、深冷分离装置、溶液吸收分离装置以及膜分离装置。
优选地，所述CO2逆变换单元2进一步包括气体回收装置23，用于将所述气体分离装置22排出的混合气体CO2和H2与新鲜CO2原料混合一起导入所述水煤气逆变换装置21。
优选地，所述气体回收装置23可以为循环压缩机。
实施例1
1)在所述电解水单元1中，所述电解水装置11的两极分别生成高纯氢气和高纯氧气；
2)将步骤1)中制备的高纯H2和外供的CO2在所述水煤气逆变换装置21中预热至250-350℃，而后通过固定床反应器催化剂床层发生水煤气逆变换反应，生成气富含CO，之后降温除去冷凝水，得到转化气，其主要成分为CO2、CO和少量H2和水蒸气，逆变换反应温度控制在400-600℃，压力为2-3MPa；
3)将步骤2)中的转化气送入所述气体分离装置22，分离出其中的CO，得到CO的纯度98-99％；
4)将步骤3)中分离CO之后排出的气体(主要成分为CO2和少量H2)通过气体压缩机23循环回用，将其和外供的CO2、所述电解水单元1提供的高纯H2一起混合作为逆变换反应原料气，送入所述水煤气逆变换装置21预热并反应。
5)将步骤3)中输出的CO和步骤1)中制备的高纯O2，连同外供的甲醇一起送入DMC合成单元3，混合预热后，在气相氧化羰基化固定床装置31中，经负载催化剂床层直接生成DMC，合成温度：100-150℃，操作压力：2MPa，后经过分离精制得到纯度>99％的DMC。
以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。
Claims (4)
1.一种绿色生产碳酸二甲酯的系统，依次包括三个单元：电解水单元、CO2逆变换单元和DMC合成单元，各个单元之间通过管线连接；
所述电解水单元主要包括电解水制氢制氧装置，用于通过电解将水制取为H2和O2；
所述CO2逆变单元主要包括：水煤气逆变换装置和气体分离装置，所述水煤气逆变换装置接收来自所述电解水单元制得的H2和外供的CO2反应逆变为CO，得到转化气；所述气体分离装置接收来自所述水煤气逆变换装置的转化气，并将其中的CO出来；
所述DMC合成单元主要包括：甲醇氧化羰基化反应装置，所述甲醇氧化羰基化反应装置接收来自所述CO2逆变单元的所述气体分离装置分离出来CO气体和来自所述电解水单元的O2、以及外供甲醇，通过催化合成DMC并精制。
2.根据权利要求1所述的绿色生产碳酸二甲酯的系统，其特征在于，所述气体分离装置选自变压吸附分离装置、深冷分离装置、溶液吸收分离装置以及膜分离装置。
3.根据权利要求1所述的绿色生产碳酸二甲酯的系统，其特征在于，所述CO2逆变单元进一步包括气体回收装置，用于将所述气体分离装置气体分离装置分离CO后的剩余气体导入所述水煤气逆变换装置。
4.根据权利要求3所述的绿色生产碳酸二甲酯的系统，其特征在于，所述气体回收装置为循环压缩机。
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| CN202020311518.8U CN212269945U (zh) | 2020-03-13 | 2020-03-13 | 一种绿色生产碳酸二甲酯的系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114247267A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-03-29 | 四川博菲硕科技有限公司 | 一种膜分离回收dmc合成尾气中co的方法及系统 |
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2020
- 2020-03-13 CN CN202020311518.8U patent/CN212269945U/zh active Active
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