CN215886873U - 酯交换法碳酸二甲酯生产过程催化剂的回收使用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型酯交换法碳酸二甲酯生产过程催化剂的回收使用装置，包括进料系统、反应精馏塔、薄膜蒸发器、催化剂循环泵、甲醇回收塔、再沸器、冷凝器、回流泵、出料泵。碳酸丙（或乙）烯酯与甲醇的反应在反应精馏塔内完成，催化剂从薄膜蒸发器底部回收返回反应精馏塔循环使用。本装置具有流程简单、投资低、碳酸丙（或乙）烯酯转化率高（可达99%以上）、催化剂回收效率高等优点，可以连续高效地制取碳酸二甲酯。

Description

酯交换法碳酸二甲酯生产过程催化剂的回收使用装置

技术领域

本实用新型涉及一种精细化工生产装置，具体涉及到酯交换法碳酸二甲酯生产过程催化剂的回收使用装置。包括进料系统、反应精馏塔、薄膜蒸发器、催化剂循环泵、甲醇回收塔、再沸器、冷凝器、回流泵、出料泵。

背景技术

碳酸二甲酯(DMC)是一种很有用的有机化合物，于1992年被欧洲列为无毒化学品。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，可替代硫酸二甲酯(剧毒物)作为甲基化剂和替代光气(剧毒物)作为羰基化剂，还可用作汽油添加剂以提高汽油的辛烷值和含氧量，也可用作涂料溶剂，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,在电动汽车、5G基站方面获得了大量应用，因而具有很高的工业应用价值。

在目前的工业化生产DMC装置中，碳酸丙(或乙)烯酯与甲醇进行酯交换反应合成碳酸二甲酯并联产丙(或乙)二醇的工艺获得了广泛应用。酯交换过程的催化剂多为碱性物质，碳酸二甲酯的合成普遍采用活性较高而成本较低的无机碱为催化剂，如专利 US3,803,201提出的NaOH、KOH、NaOCH₃、KOCH₃等，尤其是甲醇钠是目前酯交换工艺中主要使用的催化剂。现有技术中，在碳酸二甲酯合成过程的催化剂由于分离比较困难一般不进行回收，通常是以中和后排放的方法进行处理。

为了降低催化剂费用，许多专利进行了努力，试图回收酯交换反应产物中的甲醇钠，如 ZL97106623.X最早提出了甲醇钠催化剂的回收方法，将反应精馏塔塔釜的产物先蒸去甲醇和大部分丙(或乙)二醇后，将蒸发釜液中甲醇钠浓缩到15％左右时冷却到50～60℃左右，通过过滤器过滤掉其中的碳酸钠后，将滤液送到催化剂调配槽，补充甲醇及新鲜的甲醇钠，配成甲醇钠溶液返回反应精馏塔使用。由于浓缩后的釜液很粘稠，过滤速度很慢，其中的碳酸钠很难过滤掉，与甲醇调配后会形成沉淀，会堵塞塔内件，因此该方法并没有在生产中得到应用。

CN107353206 A公开了一种酯交换催化剂可循环使用的碳酸二甲酯的生产方法及其系统，方法与ZL97106623.X类似，也是将酯交换反应后的产物先蒸去甲醇、乙二醇，蒸发至酯交换催化剂饱和，然后返回至反应精馏塔的上部而实现酯交换催化剂在线连续循环使用。该专利忽视了甲醇钠在反应精馏塔中因水分、二氧化碳的存在而会失活的实际，理想的认为返回的乙二醇溶液中含甲醇钠30％、乙二醇70％，而没有其它杂质。工业生产实际检测表明，经过酯交换后的反应精馏塔塔釜液中甲醇钠的含量已经不多了，有很多的氢氧化钠及碳酸钠生成，返回反应精馏塔的回收催化剂中有较多的碳酸钠和NaOH，很容易在反应精馏塔塔内形成固体沉淀而堵塞塔内件或使塔釜再沸器结垢，因此该专利并不可能获得应用。

CN 111100008 A则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，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，在反应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。该专利等于把甲醇与氢氧化钠反应蒸馏合成甲醇钠的已有技术引入到酯交换生产碳酸二甲酯装置中，增加了DMC的生产流程，而且同样未考虑到酯交换后的产物中，甲醇钠已经大部分被失活生成了碳酸钠和氢氧化钠，并不是只有氢氧化钠而没有碳酸钠，因碳酸钠碱性弱并不会与甲醇反应生成甲醇钠，因此酯交换后的催化剂并没有全部得到再生，混在返回反应精馏塔的所谓含催化剂的反应蒸馏塔釜液进入到反应精馏塔后，很容易在反应精馏塔塔内形成固体沉淀而堵塞塔内件或使塔釜再沸器结垢，因此该专利预计也不会获得应用。

因此，现有技术中，尚没有看到一种能完全回收酯交换合成碳酸二甲酯使用的甲醇钠催化剂的分离装置和分离方法。

发明内容

本实用新型目的在于，克服现有技术存在的缺陷，提出一种能回收酯交换合成碳酸二甲酯工艺中的均相催化剂分离回收装置。

为了消除甲醇钠催化剂因失活带来的废固碳酸钠问题，科技工作者开发了离子液体催化剂，或者有机强碱催化剂，这类催化剂不失活，可以考虑回收循环使用，以降低催化剂费用。

本实用新型是这样运行的：

碳酸丙(或乙)烯酯和甲醇计量后用原料泵连续加到反应精馏塔的上部，均相催化剂从反应精馏塔的上部加入，一部分甲醇计量后从反应精馏塔的下部加入，甲醇与碳酸丙(或乙)烯酯的摩尔比为10-14:1，塔釜的物料通过再沸器进行加热。由于填料或塔板提供了较大的气液传质比表面积，一部分产物碳酸二甲酯和原料甲醇形成共沸物迅速地从液体中挥发而出，进入到塔顶的冷凝器中，经过冷凝器后，甲醇与碳酸二甲酯冷凝下来成为液体，一部分通过回流泵回到反应精馏塔的上部，另一部分进入到后续的共沸物分离工序中分离出甲醇和碳酸二甲酯，甲醇返回到反应精馏塔继续作为原料用。反应精馏塔塔釜的出料泵连续排出一部分产物，其排出量由塔釜液位控制，保证物料在装置中的停留时间以满足所需要的碳酸丙(或乙)烯酯转化率；塔釜排出的产物进入后续的薄膜蒸发器，蒸发分离掉产物中的剩余的甲醇、丙(或)二醇，气相甲醇、丙(或)乙二醇进入到后续的甲醇回收塔，甲醇从塔顶出料，返回反应精馏塔，塔釜为丙(或乙)二醇等沸点较高的物质，再进入后续的精制塔精制得到丙(或乙)二醇产品；催化剂及少量丙(或乙)二醇组分从薄膜蒸发器底部经催化剂循环泵返回反到应精馏塔重新使用。

本实用新型效果：本实用新型提出一种回收酯交换合成碳酸二甲酯工艺中的均相催化剂分离回收装置。在结构设计上有较大的改进，增加了气液传质面积，有利于产物碳酸二甲酯从液相中脱除，使之能适应碳酸丙(或乙)烯酯和甲醇合酯交换合成碳酸二甲酯工艺的连续化、大规模化的要求。采用本实用新型的反应分离装置，使得碳酸丙烯酯的转化率能达到99％以上，碳酸二甲酯的收率达到98％以上，丙(或乙)二醇回收率搞，能实现连续化生产，而且催化剂能回收使用，克服了现有装置回收甲醇钠催化剂流程长、回收收率低等缺点。

本实用新型是根据碳酸丙(或乙)烯酯与甲醇反应过程的特点而设计的新型催化剂回收使用装置，具有流程简单、设备制造成本低、操作控制简单、能实现连续化生产，催化剂回收效率高，易于放大等特点，完全符合碳酸丙(或乙)烯酯与甲醇合成碳酸二甲酯生产的需要并产生了好用及实用的效果，是一项新颖、实用、进步的新设计。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图1中符号说明如下：

1-反应精馏塔，2-出料泵，3－薄膜蒸发器，4-甲醇回收塔，5－催化剂循环泵，6-第一再沸器，7-第二再沸器，8-第一冷凝器，9-第二冷凝器，10-第一回流泵，11-第二回流泵，12-塔釜出料泵。

本实用新型所述的酯交换法碳酸二甲酯生产过程催化剂的回收使用装置，其特征在于：酯交换法生产碳酸二甲酯过程的催化剂回收装置包括反应精馏塔(1)、出料泵(2)，薄膜蒸发器(3)，甲醇回收塔(4)，催化剂循环泵(5)，第一再沸器(6)，第二再沸器 (7)，第一冷凝器(8)，第二冷凝器(9)，第一回流泵(10)，第二回流泵(11)，塔釜出料泵(12)；

所述反应精馏塔(1)的上部设有原料甲醇、碳酸烯酯和催化剂的加入口，下部有甲醇进料口，底部设有液相出口；上部设有回流液入口，经过回流泵(10)与第一冷凝器(8) 相连接，第一回流泵(10)的出料甲醇与碳酸二甲酯共沸物进入后续的共沸物分离流程；反应精馏塔(1)顶部设有气相出口，并与第一冷凝器(8)连接，反应精馏塔(1)的底部有第一再沸器(6)；

所述的出料泵(2)的入口管线与所述的反应精馏塔(1)的底部液相出口相连接，出料泵(2)的出口管线与所述的薄膜蒸发器(3)的上部原料入口相连接；

所述薄膜蒸发器(3)的上部设有气相出口，进入到甲醇回收塔(4)；薄膜蒸发器(3)的底部设有液相出口；

所述的催化剂循环泵(5)的入口通过管线与所述的薄膜蒸发器(3)的底部液相出口相连接，催化剂循环泵(5)的出口与反应精馏塔(1)的催化剂入口相连接；

所述甲醇回收塔(4)的顶部有气相出口与第二冷凝器(9)相连接，上部设有回流液入口，经过回流泵(11)与第二冷凝器(9)相连接，第二冷凝器(9)上有真空管线，使得甲醇回收塔(4)和薄膜蒸发器(3)处于负压下操作；第二回流泵(11)的出料甲醇一部分回流，另一部分返回到反应精馏塔(1)；甲醇回收塔(4)的底部有第二再沸器(7)，并设有液相出口，产物丙二醇或乙二醇通过塔釜出料泵(12)进入后续精制流程。

所述的反应精馏塔(1)是由一板式塔或填料塔，或者是塔板与填料的组合构成，反应精馏塔(1)的理论板数为10～65块。

所述的碳酸烯酯为碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯。

所述的催化剂为离子液体均相催化剂。

所述的薄膜蒸发器(3)的操作压力为5-70kPa。

所述的甲醇回收塔(4)的操作压力为5-70kPa。

具体实施方式

参见附图1，进一步说明本实用新型：

碳酸丙(或乙)烯酯和甲醇计量后用原料泵连续加到反应精馏塔(1)的上部，均相催化剂从反应精馏塔(1)的上部加入，一部分甲醇计量后从反应精馏塔的下部加入，甲醇与碳酸丙(或乙)烯酯的摩尔比为10-14:1，塔釜的物料通过第一再沸器(6)进行加热。由于填料或塔板提供了较大的气液传质比表面积，反应中产生的碳酸二甲酯与反应物甲醇形成共沸物迅速地从液体中挥发而出，进入到塔顶的冷凝器(8)中，经过冷凝器后，甲醇与碳酸二甲酯冷凝下来成为液体，一部分通过第一回流泵(10)回到反应精馏塔(1)的上部，另一部分进入到后续的共沸物分离工序中分离出甲醇和碳酸二甲酯，甲醇返回到反应精馏塔(1)继续作为原料用，碳酸二甲酯进入后续精制流程。反应精馏塔(1)塔釜的出料泵 (2)排出一部分产物，其排出量由塔釜液位控制，保证物料在装置中的停留时间以满足所需要的碳酸丙(或乙)烯酯转化率及碳酸二甲酯的收率；排出的产物进入后续的薄膜蒸发器(3)去分离掉产物中的甲醇、丙(或乙)二醇，由催化剂循环泵(5)返回到反应精馏塔(1)循环使用；甲醇、丙(或乙)二醇等气相进入到甲醇回收塔(4)的中部，甲醇从塔顶分离出，返回反应精馏塔(1)，丙(或乙)二醇从塔釜排出，进入后续的精制塔回收丙(或乙)二醇。

反应精馏塔(1)中的理论板数为10～65块，碳酸丙(或乙)烯酯与甲醇的摩尔比为10-14:1，催化剂为均相催化剂；薄膜蒸发器(3)的操作压力为5-70kPa；甲醇回收塔(4)的操作压力为5-70kPa。

Claims (6)

1.酯交换法碳酸二甲酯生产过程催化剂的回收使用装置，其特征在于：酯交换法生产碳酸二甲酯过程的催化剂回收装置包括反应精馏塔(1)、出料泵(2)，薄膜蒸发器(3)，甲醇回收塔(4)，催化剂循环泵(5)，第一再沸器(6)，第二再沸器(7)，第一冷凝器(8)，第二冷凝器(9)，第一回流泵(10)，第二回流泵(11)，塔釜出料泵(12)；

所述反应精馏塔(1)的上部设有原料甲醇、碳酸烯酯和催化剂的加入口，下部有甲醇进料口，底部设有液相出口；上部设有回流液入口，经过第一回流泵(10)与第一冷凝器(8)相连接，第一回流泵(10)的出料甲醇与碳酸二甲酯共沸物进入后续的共沸物分离流程；反应精馏塔(1)顶部设有气相出口，并与第一冷凝器(8)连接，反应精馏塔(1)的底部有第一再沸器(6)；

所述的出料泵(2)的入口管线与所述的反应精馏塔(1)的底部液相出口相连接，出料泵(2)的出口管线与所述的薄膜蒸发器(3)的上部原料入口相连接；

所述薄膜蒸发器(3)的上部设有气相出口，进入到甲醇回收塔(4)；薄膜蒸发器(3)的底部设有液相出口；

所述的催化剂循环泵(5)的入口通过管线与所述的薄膜蒸发器(3)的底部液相出口相连接，催化剂循环泵(5)的出口与反应精馏塔(1)的催化剂入口相连接；

所述甲醇回收塔(4)的顶部有气相出口与第二冷凝器(9)相连接，上部设有回流液入口，经过回流泵(11)与第二冷凝器(9)相连接，第二冷凝器(9)上有真空管线，使得甲醇回收塔(4)和薄膜蒸发器(3)处于负压下操作；第二回流泵(11)的出料甲醇一部分回流，另一部分返回到反应精馏塔(1)；甲醇回收塔(4)的底部有第二再沸器(7)，并设有液相出口，产物丙二醇或乙二醇通过塔釜出料泵(12)进入后续精制流程。

2.根据权利要求1所述的酯交换法碳酸二甲酯生产过程催化剂的回收使用装置，其特征在于，所述的反应精馏塔(1)是由一板式塔或填料塔，或者是塔板与填料的组合构成，反应精馏塔(1)的理论板数为10～65块。

3.根据权利要求1所述的酯交换法碳酸二甲酯生产过程催化剂的回收使用装置，其特征在于，所述的碳酸烯酯为碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯。

4.根据权利要求1所述的酯交换法碳酸二甲酯生产过程催化剂的回收使用装置，其特征在于，所述的催化剂为离子液体均相催化剂。

5.根据权利要求1所述的酯交换法碳酸二甲酯生产过程催化剂的回收使用装置，其特征在于，所述的薄膜蒸发器(3)的操作压力为5-70kPa。

6.根据权利要求1所述的酯交换法碳酸二甲酯生产过程催化剂的回收使用装置，其特征在于，所述的甲醇回收塔(4)的操作压力为5-70kPa。

Images