一种电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法与流程

本发明涉及电解液溶剂提纯，具体为一种电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法。

背景技术：

1、碳酸二甲酯（dimethylcarbonate，dmc）是一种绿色环保的有机碳酸酯，具有低毒、高沸点、良好溶解性和高介电常数等特性，广泛应用于锂离子电池电解液中作为主要溶剂组分，电池级碳酸二甲酯对纯度要求极为严苛，通常需满足纯度≥99.995%，水分≤10ppm，甲醇≤10ppm，丙二醇≤5ppm，且色度（铂-钴色号）≤5号，微量杂质如水、醇类或多元醇会与电解质六氟磷酸锂（lipf6）发生副反应，生成hf等腐蚀性物质，导致电池内阻升高、循环寿命缩短甚至安全风险，因此必须通过高效提纯工艺获得高纯度产品以满足动力电池和储能电池的高端应用需求。

2、目前工业上主要采用酯交换法生产碳酸二甲酯，所得粗品需经多步精制才能达到电池级标准，传统提纯工艺通常包括：先通过普通精馏初步分离轻组分（如甲醇）和重组分（如丙二醇），再采用多塔串联精馏（如三塔或四塔流程）进行深度分离；部分企业辅以分子筛吸附脱水或活性炭脱色处理，其中，精馏是核心单元操作，常使用筛板塔或规整填料塔，在常压或减压条件下进行，回流比一般控制在3:1以上以保证分离效果，此外，为防止产品氧化或吸潮，成品通常在氮气保护下储存。

3、然而，现有提纯工艺存在明显缺陷：首先，多塔精馏系统设备投资大、能耗高（吨产品蒸汽消耗高）、占地面积广，且操作复杂，难以实现连续稳定运行；其次，常规分子筛（如单一3a或4a）对甲醇和丙二醇等极性杂质吸附能力有限，无法同步高效脱除水分、醇类及有色物质，导致精馏负荷加重、产品收率降低；再次，吸附剂再生困难，多次使用后性能衰减快，增加运行成本；最后，现有工艺对进料波动敏感，缺乏在线监测与自动切换机制，易造成产品质量波动，难以持续稳定产出符合电池级指标的产品。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法，具备产品纯度高、杂质含量低、设备投资少等优点，解决了现有技术中多塔精馏流程复杂、能耗高、投资大的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法，包括以下步骤：

3、1）将工业级碳酸二甲酯经0.22μm精密过滤器过滤操作；

4、2）将过滤后的物料导入填充有复合吸附剂的吸附柱中，在温度范围30至40摄氏度、空速1至2每小时、压力0.1至0.3兆帕的精确控制条件下进行吸附处理，同步脱除水分、甲醇、丙二醇及有色物质；

5、3）将吸附处理后的物料输送至精馏塔内，在塔底温度100至105摄氏度、塔顶温度90至93摄氏度、回流比2至3:1、常压操作、进料温度35至45摄氏度的优化工艺参数下执行精馏分离；

6、4）将精馏塔顶产生的蒸汽冷却至25±5摄氏度的稳定温度区间，同时实施部分回流与部分采出的动态操作；

7、5）将所得产物输送至经氮气置换处理（氧气含量不超过0.5%）的316l不锈钢储罐中，在0.05至0.1兆帕氮气微正压的密封环境下完成储存处理。

8、进一步，所述复合吸附剂由3a分子筛、4a分子筛、kh-550改性氧化铝和活性炭按质量比例1.5:1.5:2:1混合制备而成。

9、进一步，所述复合吸附剂的制备方法包括：将3a分子筛与4a分子筛在300℃活化2小时，改性氧化铝在150℃干燥3小时，活性炭在120℃烘干2小时；按质量比1.5:1.5:2:1混合后球磨30分钟，加入占总质量5%的10%聚乙烯醇水溶液进行制粒；制成粒径2至3毫米的球形颗粒后，在120℃干燥4小时，再经550℃焙烧2小时处理。

10、进一步，所述吸附处理过程中，吸附柱出口通过在线水分仪与气相色谱仪进行实时监测，当检测到水分含量≥8ppm或甲醇含量≥10ppm时，自动切换至备用吸附柱。

11、进一步，所述精馏分离所用精馏塔内填充350y型波纹填料，塔径为800毫米，塔高12米，填料层高度8米，理论塔板数为30至40块。

12、进一步，所述步骤s2中失效的复合吸附剂通过再生处理重复使用：所述精馏塔的进料位置设置于第15至20块塔板，优选第18块塔板。

13、进一步，所述精馏塔顶蒸汽冷凝后，回流比维持在2至3:1范围内，采出收率稳定在95%至98%之间。

14、进一步，所述复合吸附剂经再生处理后可重复使用，再生方法包括在120℃、-0.09兆帕真空条件下脱附2小时，随后在350℃焙烧3小时，再生后吸附容量保持初始值的85%以上。

15、进一步，所述精馏过程由分布式控制系统（dcs）实现自动化调节，塔底温度、塔顶温度、塔内压力、进料流量及回流流量的控制精度分别维持在±0.5℃、±0.5℃、±0.005兆帕和±5%的范围内。

16、进一步，所述储存处理所用316l不锈钢储罐容积为5至20立方米，配备呼吸阀、压力表、液位计及氮气置换系统，储存过程中每24小时检测一次罐内氧气含量。

17、与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：

18、1、该电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法，通过将3a分子筛、4a分子筛、kh-550改性氧化铝与活性炭按质量比1.5:1.5:2:1复合制成吸附剂，并在30–40℃温度、1–2 h-1空速、0.1–0.3 mpa压力的精准调控条件下进行吸附处理，可同步去除水分、甲醇、丙二醇及有色杂质等关键杂质组分，使物料参数稳定达到水分≤5ppm、甲醇≤10ppm、丙二醇≤5ppm、铂-钴色号≤5号，相较于常规单一吸附工艺，该方案显著降低了后续精馏的分离难度，仅需配置一座内装350y型波纹填料的精馏塔即可实现纯度≥99.995%的电池级产品稳定产出，产品品质完全符合高端锂离子电池电解液溶剂的严格标准，且批次间质量一致性优异。

19、2、该电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法，在工艺实施过程中，原料预处理环节有效清除高沸点重组分，使塔底再沸器蒸汽消耗降低约30%，吨产品综合能耗明显减少，吸附单元采用双柱并联结构设计，辅以在线水分仪与气相色谱仪实时监测系统，当水分≥8ppm或甲醇≥10ppm时自动切换至备用吸附柱，保障了生产连续性，失效吸附剂经120℃、-0.09mpa真空脱附2小时后，再经350℃焙烧3小时再生，可重复使用5次以上，吸附容量保持率≥85%，大幅削减辅材消耗，整体提纯周期从传统8–10小时压缩至5–6小时，生产效率提升40%，同时实现高可靠性运行、低运营成本及环境友好型生产目标。附图说明

20、图1为本发明提纯流程示意图。

1.一种电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法，其特征在于：所述复合吸附剂由3a分子筛、4a分子筛、kh-550改性氧化铝和活性炭按质量比例1.5:1.5:2:1混合制备而成。

3.根据权利要求1所述的一种电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法，其特征在于：所述复合吸附剂的制备方法包括：将3a分子筛与4a分子筛在300℃活化2小时，改性氧化铝在150℃干燥3小时，活性炭在120℃烘干2小时；按质量比1.5:1.5:2:1混合后球磨30分钟，加入占总质量5%的10%聚乙烯醇水溶液进行制粒；制成粒径2至3毫米的球形颗粒后，在120℃干燥4小时，再经550℃焙烧2小时处理。

4.根据权利要求1所述的一种电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法，其特征在于：所述吸附处理过程中，吸附柱出口通过在线水分仪与气相色谱仪进行实时监测，当检测到水分含量≥8ppm或甲醇含量≥10ppm时，自动切换至备用吸附柱。

5.根据权利要求1所述的一种电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法，其特征在于：所述精馏分离所用精馏塔内填充350y型波纹填料，塔径为800毫米，塔高12米，填料层高度8米，理论塔板数为30至40块。

6.根据权利要求1所述的一种电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法，其特征在于：所述步骤s2中失效的复合吸附剂通过再生处理重复使用：所述精馏塔的进料位置设置于第15至20块塔板，优选第18块塔板。

7.根据权利要求1所述的一种电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法，其特征在于：所述精馏塔顶蒸汽冷凝后，回流比维持在2至3:1范围内，采出收率稳定在95%至98%之间。

8.根据权利要求1所述的一种电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法，其特征在于：所述复合吸附剂经再生处理后可重复使用，再生方法包括在120℃、-0.09兆帕真空条件下脱附2小时，随后在350℃焙烧3小时，再生后吸附容量保持初始值的85%以上。

9.根据权利要求1所述的一种电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法，其特征在于：所述精馏过程由分布式控制系统（dcs）实现自动化调节，塔底温度、塔顶温度、塔内压力、进料流量及回流流量的控制精度分别维持在±0.5℃、±0.5℃、±0.005兆帕和±5%的范围内。

10.根据权利要求1所述的一种电池级碳酸二甲酯的高效提纯方法，其特征在于：所述储存处理所用316l不锈钢储罐容积为5至20立方米，配备呼吸阀、压力表、液位计及氮气置换系统，储存过程中每24小时检测一次罐内氧气含量。