CN216550218U - 一种合成气制碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种合成气制碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的装置；包括空气分离装置、原料煤储仓和原料水储罐，空气分离装置的氧气出口通过氧气储罐与气化装置相连，原料煤储仓和原料水储罐分别与气化装置相连，气化装置的出口与合成气变换系统和合成气未变换系统相连；合成气变换系统与变换气净化装置相连，变换气净化装置和氮气储罐分别与液氮洗系统相连，液氮洗系统与合成氨装置相连，合成氨装置和二氧化碳压缩装置二氧化碳出口分别与尿素溶液生产装置相连，尿素溶液生产装置与碳酸乙烯酯生产精馏装置相连，碳酸乙烯酯生产精馏装置产品出口与碳酸乙烯酯产品储罐相连；具有降低生产成本和能源消耗，减少后期废水处理以及提高企业抗风险能力的优点。

Description

一种合成气制碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的装置

技术领域

本实用新型属于精细化工技术领域，具体涉及一种合成气制碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的装置。

背景技术

碳酸二甲酯是一类“绿色”有机溶剂，广泛应用于锂电池电解液、非光气法聚碳酸酯、显影液等领域；碳酸二甲酯一般采用酯交换法生产，以环氧丙烷/环氧乙烷为原料，首先和二氧化碳反应生成碳酸丙烯酯/碳酸乙烯酯，再与甲醇反应生成碳酸二甲酯和丙二醇/乙二醇，原料环氧丙烷/环氧乙烷价格昂贵受石油价格影响，副产物丙二醇/乙二醇纯度低、销售市场差，酯交换法制碳酸二甲酯一度存在产品和原料倒挂的现象。

进一步地，随着我国化工企业的逐步发展，尿素和甲醇的产量逐年递增，尤其是近年来出现了尿素和甲醇价格的大幅度波动，造成生产甲醇和尿素的企业抗风险能力较差；基于上述问题且配合我国为多煤、少油、少气的国家，以煤为原料发展精细化工合成碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯，符合我国的国情且能够有效提高企业的抗风险能力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，而提供一种流程设计合理、能够在生产尿素和甲醇的同时延伸产业链，完全替代酯交换法，原料廉价易得，有效降低了生产成本和能源消耗，同时能够减少后期废水处理以及提高企业抗风险能力、提高产品纯度和环境友好的合成气制碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种合成气制碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的装置，包括空气分离装置、原料煤储仓和原料水储罐，所述空气分离装置的氧气出口通过氧气储罐与气化装置的进口相连，原料煤储仓和原料水储罐分别与气化装置的进口相连，气化装置的出口分别与合成气变换系统和合成气未变换系统相连；所述空气分离装置的氮气出口与氮气储罐相连；所述合成气变换系统与变换气净化装置相连，变换气净化装置的净化气出口和氮气储罐的出口分别与液氮洗系统相连，液氮洗系统的工艺气出口与合成氨装置相连，合成氨装置的液氨出口和二氧化碳压缩装置的二氧化碳出口分别与尿素溶液生产装置相连，尿素溶液生产装置的脲液出口分别与尿素造粒装置和碳酸乙烯酯生产精馏装置相连，碳酸乙烯酯生产精馏装置的乙二醇进口与乙二醇中间储罐的出口相连，碳酸乙烯酯生产精馏装置的产品出口与碳酸乙烯酯产品储罐相连。

优选的，所述合成气未变换系统与未变换气净化装置相连，未变换气净化装置的气体出口和变换气净化装置的净化气出口分别与甲醇合成系统相连，甲醇合成系统的甲醇出口分别与甲醇产品罐和碳酸二甲酯生产装置，碳酸二甲酯生产装置的出口与碳酸二甲酯产品储罐相连，碳酸二甲酯生产装置的进口还与碳酸乙烯酯生产精馏装置的产品出口相连，碳酸二甲酯生产装置的副产品乙二醇出口与乙二醇中间储罐的回流口相连。

优选的，所述二氧化碳压缩装置的进口分别与变换气净化装置的酸性气出口和未变换气净化装置的酸性气出口相连。

优选的，所述碳酸乙烯酯生产精馏装置顶部的气相出口与氨气回收净化装置相连，氨气回收净化装置的氨气出口与尿素溶液生产装置相连。

优选的，所述乙二醇中间储罐的进口与乙二醇原料储罐相连。

按照上述方案制成的一种合成气制碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的装置，本实用新型是尿素和甲醇产业链的延伸，且能够完全替代脂交换法生产用于锂电池电解液的碳酸二甲酯，所有原料简单易得，吨生产成本与脂交换法相比可降低500-1000元，且不受制于环氧乙烷、环氧丙烷；能够实现提高化工产品附加值、以及企业抗风险能力的特点，符合煤化工精细化方丈的趋势；本实用新型中除了气化装置使用的原料水之外，全生产工艺过程中没有水参与反应，不仅降低了废水的处理负荷和产品提纯的能源消耗，还能够有效的提高碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的产品纯度和质量；同时本实用新型具有降低能耗和对反应副产品再利用的特点，在生产碳酸乙烯酯生产精馏装置产生的气氨可通过净化重新回到尿素溶液生产装置中再利用，而在碳酸二甲酯生产装置产生的副产物可作为生产碳酸乙烯酯的原料使用，同时在尿素溶液生产装置中产生的脲液可直接供给碳酸乙烯酯生产精馏装置作为生产碳酸乙烯酯的原料，以达到避免后期需要使用尿素颗粒进行预处理以及熔融而造成的能源消耗；本实用新型的装置设置与相应的工艺流程具有与煤化工企业耦合性好、无需外采原料、生产成本低廉、反应条件温和和工艺绿色的特点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部件。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

如图1所示，本实用新型为一种合成气制碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的装置，包括空气分离装置1、原料煤储仓5和原料水储罐4，所述空气分离装置1的氧气出口通过氧气储罐3与气化装置6的进口相连，原料煤储仓5和原料水储4分别与气化装置6的进口相连，气化装置6的出口分别与合成气变换系统7和合成气未变换系统8相连；所述空气分离装置1的氮气出口与氮气储罐2相连；所述合成气变换系统7与变换气净化装置9相连，变换气净化装置9的净化气出口和氮气储罐2的出口分别与液氮洗系统12相连，液氮洗系统12的工艺气出口与合成氨装置13相连，合成氨装置13的液氨出口和二氧化碳压缩装置11的二氧化碳出口分别与尿素溶液生产装置16相连，尿素溶液生产装置16的脲液出口分别与尿素造粒装置17和碳酸乙烯酯生产精馏装置18相连，碳酸乙烯酯生产精馏装置18的乙二醇进口与乙二醇中间储罐23的出口相连，碳酸乙烯酯生产精馏装置18的产品出口与碳酸乙烯酯产品储罐22相连。本实用新型中的本质是以合成气为原料，以本实施例为例通过原料煤制成合成气，同时也可以根据化工企业自身的情况选择使用天然气、石油化工制合成气原料。本实用新型以合成气为原料，通过合成气变换系统7、变换气净化装置9等制成尿素溶液，尿素溶液一部分可以生产尿素颗粒使用，另一部分作为生产碳酸乙烯酯的原料使用。

本实施例中，具体的：所述合成气未变换系统8与未变换气净化装置10相连，未变换气净化装置10的气体出口和变换气净化装置9的净化气出口分别与甲醇合成系统14相连，甲醇合成系统14的甲醇出口分别与甲醇产品罐15和碳酸二甲酯生产装置19，碳酸二甲酯生产装置19的出口与碳酸二甲酯产品储罐20相连，碳酸二甲酯生产装置19的进口还与碳酸乙烯酯生产精馏装置18的产品出口相连，碳酸二甲酯生产装置19的副产品乙二醇出口与乙二醇中间储罐23的回流口相连。本实用新型中所述的合成气经过合成气未变换系统8和未变换气净化装置10等用于生产甲醇，一部分甲醇可作为产品外售，另外一部分可用于生产碳酸二甲酯。

本实施例中，具体的：所述二氧化碳压缩装置11的进口分别与变换气净化装置9的酸性气出口和未变换气净化装置10的酸性气出口相连。本实用新型中所述的尿素溶液生产装置16中使用的二氧化碳可以为外购，同时也可以为本系统中变换气和未变换气净化过程中去除的酸性气回收压缩得到。

本实施例中，具体的：所述碳酸乙烯酯生产精馏装置18顶部的气相出口与氨气回收净化装置21相连，氨气回收净化装置21的氨气出口与尿素溶液生产装置16相连。本实用新型通过对氨气进行回收净化，不仅能够避免气污染环境，还能够使净化后的氨气重新进入尿素溶液生产装置16内用于尿素溶液的生产。

本实施例中，所述乙二醇中间储罐23的进口与乙二醇原料储罐24相连。本实用新型中所述的乙二醇中间储罐23为中转站，其一方面用于为碳酸乙烯酯生产精馏装置18提供乙二醇原料，同时还能够收集碳酸二甲酯生产装置19制备碳酸二甲酯中产生的副产品乙二醇；当乙二醇中间储罐23中的乙二醇的量不足时，可通过乙二醇原料储罐24进行补充。

本实用新型为一种合成气制碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的装置，其工艺流程如下：步骤一：空气分离装置1通过空气分离得到氮气和氧气，氮气进入氮气储罐2内，氧气进入氧气储罐3中；氧气储罐3中的氧气进入气化装置6内，原料煤储仓5和原料水储4中的原料煤和原料水也分别进入气化装置6中进行气化反应；所述的气化装置6为气化炉，不局限于水煤浆气化、粉煤气化等气化型式，所述气化装置6操作压力1.5-9MPa；所述的气化装置6包括整套的燃烧装置和水处理装置等相关设备；步骤二：气化装置6内发生气化反应后的工艺气体分为两股，一股进入合成气变换系统7将一氧化碳转化为氢气，并通过变换气净化装置9脱除其中的酸性气体，另一股工艺气进入合成气未变换系统8内，然后通过未变换气净化装置10脱除其中的酸性气体；所述合成气变换系统7中的变换炉包括当不限于绝热炉或等温变换炉，其合成气变换系统7内主反应为：一氧化碳+水→二氧化碳+氢气；所述合成气变换系统7出口处的工艺气中CO摩尔含量0.1％-4％；所述的酸性气体包括二氧化碳、硫化氢和硫氧化碳等；上述通过变换气净化装置9和未变换气净化装置10脱除的解析出的酸性气体进入二氧化碳压缩装置11内，其中二氧化碳压缩装置11内二氧化碳的纯度98.5-99.9％；本实用新型中所述的变换系统7和未变换系统8包括整套的热回收装置、换热装置等相关设备。步骤三：所述变换气净化装置9净化气出口的工艺气进一步在液氮洗系统12去除剩余的一氧化碳并完成配氮，所述液氮洗系统12出口工艺气中CO含量小于5ppm，所述液氮洗系统12出口工艺气中氮：氢的体积比为：1:3。所述液氮洗系统12出口工艺气进入合成氨装置13生产液氨，所述液氨和来自二氧化碳压缩11的二氧化碳在尿素溶液生产装置16中合成脲液。所述合成氨装置13、尿素溶液生产装置16均为成套工艺装置，可在市场上直接购置，且不局限于单一反应器。步骤四：通过尿素溶液生产装置16合成的脲液一部分进入尿素造粒装置17中用于生产尿素，另一部分脲液进入碳酸乙烯酯生产精馏装置18和来自乙二醇中间罐23的乙二醇反应制得碳酸乙烯酯和气氨，主要反应为：尿素+乙二醇→碳酸乙烯酯+2氨；所述气氨进入氨气回收净化装置21中经过净化回收至尿素溶液生产装置16中；碳酸乙烯酯一部分进入碳酸乙烯酯产品储罐22内，另一部分进入碳酸二甲酯生产装置19中；步骤五：所述未变换气净化装置10中的未变换气和一部分通过变换气净化装置9的变换气在一定比例下混合进入甲醇合成系统14用于合成甲醇，一部分甲醇送入甲醇产品罐15外售，剩余部分甲醇进入碳酸二甲酯生产装置19与碳酸乙烯酯反应得到碳酸二甲酯和乙二醇。主要反应为：碳酸乙烯酯+2甲醇→碳酸二甲酯+乙二醇；步骤六：所述碳酸二甲酯生产装置19得到的碳酸二甲酯送入碳酸二甲酯产品储罐20，所述碳酸二甲酯和乙二醇之间的分离可采用为精馏分离；分离后的乙二醇进入乙二醇中间罐23中和少量由乙二醇原料储罐24补充的乙二醇原料混合送入碳酸乙烯酯装置18用于生产碳酸乙烯酯；所述补充的乙二醇原料的质量0.705倍的碳酸乙烯酯产品储罐22中产品的量。本实用新型具有流程设计合理，适应于工业化生产的特点，其能够全替代酯交换法，且为生产尿素和甲醇的产业链的延伸；同时本实用新型的成本低廉，原料易得，以生产能够用于锂电池电解液的碳酸二甲酯为例，目前目前现有碳酸二甲酯装置绝大部分只能满足工业级溶剂的需求，而通过本实用新型中的设置以及相配套的工艺流程能够从源头上提高原料的纯度，以达到从根本上提高碳酸二甲酯产品纯度的目的，以满足高端锂电池行业中电解液的需求。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”等等应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。上文的示例仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式、变更和改造均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种合成气制碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的装置，包括空气分离装置(1)、原料煤储仓(5)和原料水储罐(4)，其特征在于：所述空气分离装置(1)的氧气出口通过氧气储罐(3)与气化装置(6)的进口相连，原料煤储仓(5)和原料水储罐(4)分别与气化装置(6)的进口相连，气化装置(6)的出口分别与合成气变换系统(7)和合成气未变换系统(8)相连；

所述空气分离装置(1)的氮气出口与氮气储罐(2)相连；

所述合成气变换系统(7)与变换气净化装置(9)相连，变换气净化装置(9)的净化气出口和氮气储罐(2)的出口分别与液氮洗系统(12)相连，液氮洗系统(12)的工艺气出口与合成氨装置(13)相连，合成氨装置(13)的液氨出口和二氧化碳压缩装置(11)的二氧化碳出口分别与尿素溶液生产装置(16)相连，尿素溶液生产装置(16)的脲液出口分别与尿素造粒装置(17)和碳酸乙烯酯生产精馏装置(18)相连，碳酸乙烯酯生产精馏装置(18)的乙二醇进口与乙二醇中间储罐(23)的出口相连，碳酸乙烯酯生产精馏装置(18)的产品出口与碳酸乙烯酯产品储罐(22)相连。

2.根据权利要求1所述的合成气制碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的装置，其特征在于：所述合成气未变换系统(8)与未变换气净化装置(10)相连，未变换气净化装置(10)的气体出口和变换气净化装置(9)的净化气出口分别与甲醇合成系统(14)相连，甲醇合成系统(14)的甲醇出口分别与甲醇产品罐(15)和碳酸二甲酯生产装置(19)，碳酸二甲酯生产装置(19)的出口与碳酸二甲酯产品储罐(20)相连，碳酸二甲酯生产装置(19)的进口还与碳酸乙烯酯生产精馏装置(18)的产品出口相连，碳酸二甲酯生产装置(19)的副产品乙二醇出口与乙二醇中间储罐(23)的回流口相连。

3.根据权利要求1所述的合成气制碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的装置，其特征在于：所述二氧化碳压缩装置(11)的进口分别与变换气净化装置(9)的酸性气出口和未变换气净化装置(10)的酸性气出口相连。

4.根据权利要求1所述的合成气制碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的装置，其特征在于：所述碳酸乙烯酯生产精馏装置(18)顶部的气相出口与氨气回收净化装置(21)相连，氨气回收净化装置(21)的氨气出口与尿素溶液生产装置(16)相连。

5.根据权利要求1或2所述的合成气制碳酸二甲酯和碳酸乙烯酯的装置，其特征在于：所述乙二醇中间储罐(23)的进口与乙二醇原料储罐(24)相连。

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