CN215886875U

CN215886875U - 一种高效连续制备碳酸甲乙酯的反应分离装置

Info

Publication number: CN215886875U
Application number: CN202121705955.9U
Authority: CN
Inventors: 方云进; 沈卫华
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2022-02-22
Anticipated expiration: 2031-07-26

Abstract

本实用新型一种高效连续制备碳酸甲乙酯的反应分离装置，包括进料系统、反应精馏塔、出料泵、薄膜蒸发器、催化剂循环泵、碳酸二乙酯回收塔、碳酸甲乙酯精制塔、再沸器、冷凝器、产品冷却器、回流泵、中间泵、产品泵。碳酸二甲酯与乙醇合成碳酸甲乙酯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，碳酸甲乙酯产品从碳酸甲乙酯精制塔侧线分离出。本装置具有流程简单、投资低、乙醇转化率高（可达99%以上）、碳酸甲乙酯收率高（可达95%以上）等优点，可以连续高效地制取电子级碳酸甲乙酯产品。

Description

一种高效连续制备碳酸甲乙酯的反应分离装置

技术领域

本实用新型涉及一种精细化工生产装置，具体涉及到一种高效连续制备碳酸甲乙酯的反应分离装置。包括进料系统、反应精馏塔、催化剂回收塔、催化剂循环泵、碳酸甲乙酯精制塔、再沸器、冷凝器、中间泵，产品冷却器，产品泵，回流泵。

背景技术

碳酸甲乙酯（简称EMC）是一种用途广泛的不对称碳酸酯化合物，主要用作溶剂和有机合成中间体，特别是用作锂离子电池中非水溶性电解质的溶剂，与对称碳酸酯，如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯（简称DEC）相比，具有不可比拟的优点。EMC作为锂离子电池电解质溶剂的优点是更能提高电池的能量密度和放电容量，更能提高安全性能和延长使用寿命，以及良好的低温使用性能等。EMC作为锂离子电池电解质溶剂的优点是近几年才被发现，由于EMC的价格高以及纯度影响了它的应用，因此开发一种好的合成方法，降低生产成本，提高纯度，是EMC得以广泛使用的关键。

碳酸甲乙酯的合成常用的有两条工艺，一是碳酸二甲酯（简称DMC）和乙醇反应，得到碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、甲醇、乙醇的混合物，然后通过一系列的复杂分离工序，得到EMC和DCE两个产品；二是由碳酸二甲酯与碳酸二乙酯进行酯交换反应得到DMC、EMC、DEC，把未反应完的DMC、DEC分离回收后才能得到EMC，由于DEC是通过DMC合成的，该工艺的生产成本会更高些。

ZL01105860.9公开了以碳酸二甲酯和乙醇为原料，在碱金属碳酸盐与聚乙二醇的络合物催化剂的存在下进行的酯交换反应，产物中是EMC和碳酸二乙酯两种产品。CN105968004 A也公开了以碳酸二甲酯和乙醇为原料，生产碳酸甲乙酯联产碳酸二乙酯的方法。CN113061087A公开了一种碳酸甲乙酯生产方法及其装置，碳酸二甲酯和乙醇原料进入到内置了催化剂的管道反应器，酯交换反应后的物料进入后续分离装置，后续分离装置采用多塔分离，通过多塔分离出产品碳酸甲乙酯、副产物碳酸二乙酯，并回收原料碳酸二甲酯。CN111773755A公开了采用硫酸作为催化剂，利用隔壁反应精馏塔制备碳酸甲乙酯的方法与装置；一方面用硫酸作催化剂，对设备的腐蚀性大，隔壁塔尚不是很成熟，操作难度大。

ZL202021126395.7公开了一种降低碳酸甲乙酯装置固体催化剂粉末的装置，物料与固体催化剂在反应釜中接触，反应后携带流失的固体催化剂粉末形成的塔釜液，通过烧结金属过滤器进料泵前的80目的Y型过滤器，首先去除大颗粒催化剂，然后通过进料泵将含有固体催化剂粉末的塔釜液排至烧结金属过滤器，过滤粉末后的澄清滤液进入后续分离工序。

因此，现有技术中，尚没有看到一种方法能使碳酸二甲酯与乙醇之间的反应能稳定、连续高效地制备碳酸甲乙酯的装置。

发明内容

本实用新型目的在于，克服现有技术存在的缺陷，提出一种高效连续制备碳酸甲乙酯的反应分离装置。本实用新型包括进料系统、反应精馏塔、催化剂回收塔、催化剂循环泵、碳酸甲乙酯精制塔、再沸器、冷凝器、中间泵，产品冷却器，产品泵，回流泵。

本实用新型是这样运行的：

碳酸二甲酯和乙醇混合后用原料泵连续加到反应精馏塔的中部，均相催化剂从反应精馏塔的上部加入，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，反应中产生的甲醇与反应物碳酸二甲酯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，碳酸二甲酯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乙醇转化率及碳酸甲乙酯的收率；排出的产物进入后续的薄膜再沸器去分离掉产物中的催化剂，气相轻组分如碳酸二甲酯、微量乙醇、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯等从薄膜蒸发器顶部分离出，进入到碳酸二乙酯回收塔，生成的少量碳酸二乙酯产品从塔釜出，根据需要是否要进一步的精制；EMC粗品从侧线抽出，进入后续的EMC精制塔进行分离，分离出达到电子级纯度的EMC产品。

本实用新型效果：本实用新型一种用碳酸二甲酯与乙醇合成碳酸甲乙酯的反应分离装置在结构设计上有较大的改进，增加了气液传质面积，有利于副产物甲醇从液相中脱除，催化剂能连续回收使用，使之能适应碳酸二甲酯和乙醇合成碳酸甲乙酯工艺的连续化、大规模化的要求。采用本实用新型的反应分离装置，使得乙醇的转化率能达到99%以上，碳酸甲乙酯的收率达到95%以上，且实现连续化生产，克服了现有装置流程长、碳酸甲乙酯收率低等缺点。

本实用新型是根据碳酸二甲酯与乙醇反应过程的特点而设计的新型反应分离装置，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，反应速度快、乙醇转化率高、产品碳酸甲乙酯酯收率高，易于放大等特点，完全符合碳酸二甲酯与乙醇合成碳酸甲乙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-催化剂循环泵，5－碳酸二乙酯回收塔，6-EMC精制塔，7、8、9-再沸器，10、11、12-冷凝器，13-中间泵，14-产品泵，15-产品冷却器， 16、17、18-回流泵。

本实用新型所述的一种高效连续制备碳酸甲乙酯的反应分离装置，其特征在于：由碳酸二甲酯和乙醇原料制备碳酸甲乙酯的反应分离装置包括反应精馏塔（1）、出料泵（2），薄膜蒸发器（3），催化剂循环泵（4），碳酸二乙酯回收塔（5），碳酸甲乙酯精制塔（6），再沸器（7）、（8）、（9），冷凝器（10）、（11）、（12），中间泵（13），产品泵（14），产品冷却器（15），回流泵（16）、（17）、（18）；

所述反应精馏塔（1）的上部设有原料和催化剂的加入口，底部设有液相出口；上部设有回流液入口，经过回流泵（16）与冷凝器（10）相连接，回流泵（16）的出料甲醇与碳酸二甲酯共沸物进入后续的共沸物流程分离；顶部设有气相出口，并与冷凝器（10）连接，反应精馏塔（1）的底部有再沸器（7），并设有液相出口；

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）的的上部设有料液进口，蒸发的轻组份从上部气相口离开，进入到碳酸二乙酯回收塔（5）的中部；催化剂进入到薄膜蒸发器（3）的底部；

所述的催化剂循环泵（4）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（4）的出口与反应精馏塔（1）的催化剂入口相连接；

所述的碳酸二乙酯回收塔（5）上部设有回流液入口，经过回流泵（17）与冷凝器（11）相连接，回流泵（17）的轻组分返回前面的反应精馏塔（1）原料入口；碳酸二乙酯回收塔（5）的顶部设有气相出口，并与冷凝器（11）连接，中部有碳酸甲乙酯粗品出口，经中间泵（13）进入到碳酸甲乙酯精制塔（6）；碳酸二乙酯回收塔（5）的底部有再沸器（8），并设有碳酸二乙酯产品液相出口；

所述碳酸甲乙酯精制塔（6）的顶部设有气相出口，与冷凝器（12）连接，上部设有回流液入口，中部有碳酸甲乙酯产品出口，经产品泵（14）进入到产品冷却器（15），碳酸甲乙酯产品进后续的产品罐，碳酸甲乙酯精制塔（6）的底部有再沸器（9），并设有液相出口，塔釜液体返回碳酸二乙酯回收塔（5）。

所述的由碳酸二甲酯和乙醇原料制备碳酸甲乙酯的反应分离装置中，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。

所述的由碳酸二甲酯和乙醇原料制备碳酸甲乙酯的反应分离装置中，反应精馏塔（1）中的理论板数为10~35块。

所述的碳酸二甲酯与乙醇的摩尔比为3-10:1。

所述的催化剂为均相催化剂。

具体实施方式

参见附图1，进一步说明本实用新型：

碳酸二甲酯和乙醇混合后用原料泵连续加到反应精馏塔（1）的中部，均相催化剂从反应精馏塔（1）的上部加入，塔釜的物料通过再沸器（7）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，反应中产生的甲醇与反应物碳酸二甲酯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（10）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（16）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，碳酸二甲酯返回到反应精馏塔（1）继续作为原料用。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乙醇转化率及碳酸甲乙酯的收率；排出的产物进入后续的薄膜蒸发器（3）去分离掉产物中的催化剂，由催化剂循环泵（4）返回到反应精馏塔（1）循环使用；轻组分如碳酸二甲酯、微量乙醇、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯等从薄膜蒸发器（3）上部气相蒸出，进入到碳酸二乙酯回收塔（5）的中部；EMC粗品从碳酸二乙酯回收塔（5）侧线液相抽出，进入后续的EMC精制塔（6）进行分离，侧线分离出达到电子级纯度的EMC产品。碳酸二乙酯回收塔（5）的塔釜采出产品碳酸二乙酯，EMC精制塔（6）塔釜的液体可以返回碳酸二乙酯回收塔（5）。

反应精馏塔（1）中的理论板数为10~35块，碳酸二甲酯与乙醇的摩尔比为3-10:1，催化剂为均相催化剂。

以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但只是作为范例，本实用新型并不限于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本实用新型进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。

Claims

1.一种高效连续制备碳酸甲乙酯的反应分离装置，其特征在于：由碳酸二甲酯和乙醇原料制备碳酸甲乙酯的反应分离装置包括反应精馏塔(1)、出料泵(2)，薄膜蒸发器(3)，催化剂循环泵(4)，碳酸二乙烯酯回收塔(5)，碳酸甲乙酯精制塔(6)，第一再沸器(7)，第二再沸器(8)，第三再沸器(9)，第一冷凝器(10)，第二冷凝器(11)，第三冷凝器(12)，中间泵(13)，产品泵(14)，产品冷却器(15)，第一回流泵(16)，第二回流泵(17)，第三回流泵(18)；

所述反应精馏塔(1)的上部设有原料和催化剂的加入口，底部设有液相出口；上部设有回流液入口，经过第一回流泵(16)与第一冷凝器(10)相连接，第一回流泵(16)的出料甲醇与碳酸二甲酯共沸物进入后续的共沸物流程分离；顶部设有气相出口，并与第一冷凝器(10)连接，反应精馏塔(1)的底部有第一再沸器(7)，并设有液相出口；

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)的上部反应原料入口相连接；

所述薄膜蒸发器(3)的上部设有料液进口，蒸发的轻组份从上部气相口离开，进入到碳酸二乙酯回收塔(5)的中部；催化剂进入到薄膜蒸发器(3)的底部；

所述的催化剂循环泵(4)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(4)的出口与反应精馏塔(1)的催化剂入口相连接；

所述的碳酸二乙酯回收塔(5)上部设有回流液入口，经过第二回流泵(17)与第二冷凝器(11)相连接，第二回流泵(17)的轻组分返回前面的反应精馏塔(1)原料入口；碳酸二乙酯回收塔(5)的顶部设有气相出口，并与第二冷凝器(11)连接，中部有碳酸甲乙酯粗品出口，经中间泵(13)进入到碳酸甲乙酯精制塔(6)；碳酸二乙酯回收塔(5)的底部有第二再沸器(8)，并设有碳酸二乙酯产品液相出口；

所述碳酸甲乙酯精制塔(6)的顶部设有气相出口，与第三冷凝器(12)连接，上部设有回流液入口，中部有碳酸甲乙酯产品出口，经产品泵(14)进入到产品冷却器(15)，碳酸甲乙酯产品进后续的产品罐，碳酸甲乙酯精制塔(6)的底部有第三再沸器(9)，并设有液相出口，塔釜液体返回碳酸二乙酯回收塔(5)。

2.根据权利要求1所述的一种高效连续制备碳酸甲乙酯的反应分离装置，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。

3.根据权利要求1所述的一种高效连续制备碳酸甲乙酯的反应分离装置，其特征在于，所述的反应精馏塔(1)中的理论板数为10～35块。

4.根据权利要求1所述的一种高效连续制备碳酸甲乙酯的反应分离装置，其特征在于，所述的催化剂为均相催化剂。