CN216808659U - 一种酯交换法生产碳酸二甲酯的节能降耗系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种酯交换法生产碳酸二甲酯的节能降耗系统，包括进料系统、管式反应器、冷却蒸发器，压力调节阀，闪蒸罐，冷凝器，蒸发分离器，反应精馏塔，回流罐，再沸器，泵。环氧丙烷（或环氧乙烷）与CO₂反应合成碳酸丙烯酯（或碳酸乙烯酯）过程的放热通过釜式蒸发器用甲醇气化来移走反应热，气化的甲醇进入酯交换反应精馏塔，降低了反应精馏塔的热负荷，起到了节能效果。本实用新型专利，优化了酯交换法碳酸二甲酯的生产过程，节约了能耗，与同样规模的生产装置相比，可减少蒸汽用量10%以上。

Description

一种酯交换法生产碳酸二甲酯的节能降耗系统

技术领域

本实用新型涉及一种精细化工生产装置，具体涉及到一种酯交换法生产碳酸二甲酯的节能降耗系统。包括进料系统、管式反应器、冷却蒸发器，压力调节阀，闪蒸罐，冷凝器，蒸发分离器，反应精馏塔，回流罐，再沸器，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。

目前DMC生产工艺中，酯交换法还是主要的生产方法，已经获得了工业应用。该方法首先采用CO₂和环氧丙烷(PO)或环氧乙烷(EO)合成碳酸丙烯酯(PC)或碳酸乙烯酯 (EC)、然后PC或EC再与甲醇进行酯交换反应得到DMC和1,2-丙二醇(PG)或乙二醇 (EG)。但是酯交换法生产DMC工艺中的蒸汽消耗还非常高，目前生产上每生产1吨DMC 需消耗蒸汽8.5吨左右，如何降低酯交换工艺的能耗是提高装置经济效益的关键。

CN103641721B公开了一种碳酸二甲酯生产和分离的节能工艺，将DMC和甲醇共沸物加压精馏塔塔顶的馏出物直接返回反应精馏塔的下部，作为甲醇的补充。众所周知，加压精馏塔分离DMC和甲醇共沸物，在塔顶并不能得到纯甲醇，而是新压力下的DMC和甲醇新的共沸物，根据塔顶压力的不同(0.8～1.5MPa)，新共沸物中DMC的含量为13％～8％(wt)，含如此多DMC的甲醇返回反应精馏塔后，会影响到PC或EC与甲醇酯交换反应的平衡，会降低PC或EC的转化率；同时，带入反应精馏塔的DMC会与甲醇重新共沸，消耗能量，并没有起到节能的效果。

奇怪的是，CN108440298A、CN206886993U公开了相同的一种用于碳酸二甲酯装置节能降耗的装置，里面的内容几乎是一样的(不同的申请人)，将DMC/甲醇共沸物加压精馏塔塔顶的新甲醇/DMC共沸物蒸气引入到反应精馏塔塔釜再沸器作为热源，同时，将常压甲醇精馏塔塔顶的甲醇/DMC共沸物蒸气经过热泵加压升温后作为塔釜再沸器的热源，以期降低能耗。实际上，目前DMC工业生产中，已经早已将加压精馏塔塔顶的新甲醇/DMC共沸物蒸气分别引入到反应精馏塔塔釜再沸器和常压甲醇精馏塔塔釜再沸器作为热源，在这种已经采取了节能措施的情况下，酯交换法DMC的能耗才降到8.5吨蒸汽/吨DMC。

CN106608865 A公开了用于碳酸乙烯酯合成的节能方法，意识到了环氧乙烷与二氧化碳的反应是放热反应，分别将三段合成反应器各配置一台蒸汽发生器，以供全厂其他加热装置的热源或者发电，以期降低全厂能耗。由于目前合成反应器的温度不高，一般在140-160℃，副产的蒸汽压力也不高，一般在0.1-0.3MPa，属于低压蒸汽，在DMC本身装置上用不上，用于发电效率也很低。因此，对DMC装置节能帮助不大。

因此，现有技术中，尚没有看到一种装置能使环氧丙烷或环氧乙烷与CO₂的反应热用于碳酸二甲酯装置的热源。

发明内容

本实用新型目的在于，克服现有技术存在的缺陷，提出一种酯交换法生产碳酸二甲酯的节能降耗系统。本实用新型包括进料系统、管式反应器、冷却蒸发器，压力调节阀，闪蒸罐，冷凝器，蒸发分离器，反应精馏塔，回流罐，再沸器，泵。

本实用新型是这样运行的：

PO(或EO)以及CO₂用原料泵连续加到管式反应器(1)的下部，补充催化剂1和回收循环催化剂1也从管式反应器(1)的下部加入。在管式反应器(1)的内部装填了散堆填料，以提高物流混合的均匀度。由于反应放热，反应器内的物料向上流动中是逐步升温的，由于该反应是一个可逆放热反应，为了提高平衡转化率，需要将物料降温，因此将从反应器顶部的出料进入到冷却蒸发器(2)中，反应物料走管程，用甲醇蒸发气化来移走反应热，气化后的甲醇进入到反应精馏塔(8)的下部。经过冷却蒸发器(2)移热降温后的物料，经过第一泵(12)大部分循环回到管式反应器(1)，小部分进入到绝热管式反应器 (3)，经绝热反应后，进一步提高PO(或EO)的转化率后，经压力调节阀(4)控制压力后进入到闪蒸罐(5)，未反应完的少量PO(或EO)以及过量的CO₂以气相从液体中蒸出，经除沫器后进入到第一冷凝器(6)中，可凝性气体被冷凝回流到闪蒸罐(5)中，不凝性气体则从第一冷凝器(6)排出，进入后续流程处理。闪蒸罐(5)中的液体物料则进入到蒸发分离器(7)中，蒸发分离器(7)在负压下操作，产物PC(或EC)等以气相从上部抽出，进入到后续精馏塔中，精制得到PC(或EC产品)，催化剂1则从蒸发分离器(7) 底部出料，经第二泵(13)返回到管式反应器(1)的下部。

本实用新型效果：本实用新型一种酯交换法生产碳酸二甲酯的节能降耗系统，充分利用了酯交换反应中甲醇过量、同时甲醇需要在反应精馏塔(8)气化的特点，把管式反应器(1) 的放热用甲醇的气化来移热，既达到了反应器移热的目的、又达到了甲醇气化不用蒸汽的目的，实现了热量耦合的效果。这样就大大降低了反应精馏塔(8)再沸器的蒸汽消耗，达到了节能降耗的目的，与同样规模的生产装置相比，可减少蒸汽用量20％以上。

本实用新型是根据PO(或EO)与CO₂反应放热，而酯交换反应中甲醇需过量、同时甲醇需要在反应精馏塔(8)气化的特点而设计的新型节能系统，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，易于放大等特点，完全符合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－管式反应器，2-蒸发冷却器，3－绝热管式反应器，4-压力调节阀，5－闪蒸罐，6- 第一冷凝器，7-蒸发分离器，8-反应精馏塔，9-第二冷凝器，10-回流罐，11-再沸器，12-第一泵，13-第二泵，14-第三泵，15-第四泵。

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：包括管式反应器(1)、冷却蒸发器(2)，绝热管式反应器(3)，压力调节阀(4)，闪蒸罐(5)，第一冷凝器(6)，蒸发分离器(7)，反应精馏塔(8)，第二冷凝器(9)，回流罐(10)，再沸器(11)，第一泵(12)，第二泵(13)，第三泵(14)，第四(15)；

所述管式反应器(1)的下部设有原料环氧丙烷或环氧乙烷、二氧化碳和催化剂1的加入口，底部设有液相循环进口；上部设有液相出口，经过冷却蒸发器(2)与第一泵(12) 相连接，第一泵(12)出口一部分进入管式反应器(1)，另一部分从底部进入绝热管式反应器(3)；

所述的冷却蒸发器(2)中，来自管式反应器(1)的进料走管程，液相甲醇走壳程，气相甲醇进入到反应精馏塔(8)的下部；

所述的绝热管式反应器(3)的顶部出口管线与所述的压力调节阀(4)的相连，经压力调节控制后，物料进入到闪蒸罐(5)的上部；

所述闪蒸罐(5)的上部设有除沫器，蒸发的轻组份从顶部气相口离开，进入到第一冷凝器(6)，经冷凝后，不凝性气体进入后续装置处理；液相物料从底部出口进入到蒸发分离器(7)的上部；

所述的蒸发分离器(7)的入口通过管线与所述的闪蒸罐(5)的底部液相出口相连接，回收的催化剂经蒸发分离器(7)的底部出口与第二泵(13)的入口相连接，返回到管式反应器(1)底部的催化剂进料口；

所述的反应精馏塔(8)上部设有精馏段，液相原料包括碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯、甲醇、催化剂2从精馏段的下方进入，反应精馏塔(8)的顶部设有气相出口，与第二冷凝器(9)相连接，冷凝液进入到回流罐(10)中，经第四泵(15)后一部分回流，另一部分进入到后续的甲醇/碳酸二甲酯共沸物分离流程中；反应精馏塔(8)的下部设有再沸器(11) 提供热量；产物丙二醇或乙二醇、未反应完的甲醇、以及催化剂经底部出口管线与第三泵 (14)相连，进入到后续分离流程。

所述的管式反应器(1)为直管管式反应器，内部装有散堆填料。

所述的反应精馏塔(8)是由一板式塔或填料塔，或者是塔板与填料的组合构成。

所述的蒸发分离器优选薄膜蒸发器。

所述的催化剂1为均相催化剂。

所述的冷却蒸发器(2)优选釜式蒸发器。

具体实施方式

参见附图1，进一步说明本实用新型：

PO(或EO)以及CO₂用原料泵连续加到管式反应器(1)的下部，补充催化剂1和回收循环催化剂1也从管式反应器(1)的下部加入。在管式反应器(1)的内部装填了散堆填料，以提高物流混合的均匀度。由于反应放热，反应器内的物料向上流动中是逐步升温的，由于该反应是一个可逆放热反应，为了提高平衡转化率，需要将物料降温，因此将从反应器顶部的出料进入到冷却蒸发器(2)中，反应物料走管程，用甲醇蒸发气化来移走反应热，气化后的甲醇进入到反应精馏塔(8)的下部。经过冷却蒸发器(2)移热降温后的物料，经过泵(12)大部分循环回到管式反应器(1)，小部分进入到绝热管式反应器(3)，经绝热反应后，进一步提高PO(或EO)的转化率后，经压力调节阀(4)控制压力后进入到闪蒸罐(5)，未反应完的少量PO(或EO)以及过量的CO₂以气相从液体中蒸出，经除沫器后进入到第一冷凝器(6)中，可凝性气体被冷凝回流到闪蒸罐(5)中，不凝性气体则从第一冷凝器(6)排出，进入后续流程处理。闪蒸罐(5)中的液体物料则进入到蒸发分离器(7)中，蒸发分离器(7)在负压下操作，产物PC(或EC)等以气相从上部抽出，进入到后续精馏塔中，精制得到PC(或EC产品)，催化剂1则从蒸发分离器(7)底部出料，经第二泵(13)返回到管式反应器(1)的下部。

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 (6)

1.一种酯交换法生产碳酸二甲酯的节能降耗系统，其特征在于：包括管式反应器(1)、冷却蒸发器(2)，绝热管式反应器(3)，压力调节阀(4)，闪蒸罐(5)，第一冷凝器(6)，第二冷凝器(9)，蒸发分离器(7)，反应精馏塔(8)，回流罐(10)，再沸器(11)，第一泵(12)，第二泵(13)，第三泵(14)，第四泵(15)；

所述管式反应器(1)的下部设有原料环氧丙烷或环氧乙烷、二氧化碳和催化剂1的加入口，底部设有液相循环进口；上部设有液相出口，经过冷却蒸发器(2)与第一泵(12)相连接，第一泵(12)出口一部分进入管式反应器(1)，另一部分从底部进入绝热管式反应器(3)；

所述的冷却蒸发器(2)中，来自管式反应器(1)的进料走管程，液相甲醇走壳程，气相甲醇进入到反应精馏塔(8)的下部；

所述的绝热管式反应器(3)的顶部出口管线与所述的压力调节阀(4)的相连，经压力调节控制后，物料进入到闪蒸罐(5)的上部；

所述闪蒸罐(5)的上部设有除沫器，蒸发的轻组份从顶部气相口离开，进入到第一冷凝器(6)，经冷凝后，不凝性气体进入后续装置处理；液相物料从底部出口进入到蒸发分离器(7)的上部；

所述的蒸发分离器(7)的入口通过管线与所述的闪蒸罐(5)的底部液相出口相连接，回收的催化剂经蒸发分离器(7)的底部出口与第二泵(13)的入口相连接，返回到管式反应器(1)底部的催化剂进料口；

所述的反应精馏塔(8)上部设有精馏段，液相原料包括碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯、甲醇、催化剂2从精馏段的下方进入，反应精馏塔(8)的顶部设有气相出口，与第二冷凝器(9)相连接，冷凝液进入到回流罐(10)中，经第四泵(15)后一部分回流，另一部分进入到后续的甲醇/碳酸二甲酯共沸物分离流程中；反应精馏塔(8)的下部设有再沸器(11)提供热量；产物丙二醇或乙二醇、未反应完的甲醇、以及催化剂经底部出口管线与第三泵(14)相连，进入到后续分离流程。

2.根据权利要求1所述的一种酯交换法生产碳酸二甲酯的节能降耗系统，其特征在于，所述的管式反应器(1)为直管管式反应器，内部装有散堆填料。

3.根据权利要求1所述的一种酯交换法生产碳酸二甲酯的节能降耗系统，其特征在于，所述的反应精馏塔(8)是由一板式塔或填料塔，或者是塔板与填料的组合构成。

4.根据权利要求1所述的一种酯交换法生产碳酸二甲酯的节能降耗系统，其特征在于，所述的蒸发分离器为薄膜蒸发器。

5.根据权利要求1所述的一种酯交换法生产碳酸二甲酯的节能降耗系统，其特征在于，所述的催化剂1为均相催化剂。

6.根据权利要求1所述的一种酯交换法生产碳酸二甲酯的节能降耗系统，其特征在于，所述的冷却蒸发器(2)为釜式蒸发器。

Images