固体催化剂耦合反应精馏生产碳酸甲乙酯的装置和方法与流程

1.本发明涉及碳酸甲乙酯生产技术领域，具体为固体催化剂耦合反应精馏生产碳酸甲乙酯的装置和方法。


背景技术：

2.碳酸甲乙酯是一种有机化合物，有广泛的应用价值。分子中具有高活性反应基团，如羰基、甲基和甲氧基等官能团。在工业生产中可作为有机合成原料中间体。同时由于碳酸甲乙酯黏度小，介电常数大，对锂盐的溶解性强，能很好地提高电池的能量密度和充放电容量，提高电池的安全性能和使用寿命，近年来，被广泛应用于动力锂电池电解液行业。
3.目前工业上生产碳酸甲乙酯的方法是以碳酸二甲酯与乙醇发生酯交换反应制得，主反应是生产碳酸甲乙酯，反应副产碳酸二乙酯。目前反应常用的是均相催化剂，如甲醇钠等碱金属醇盐。均相催化剂具有切换灵活的优点，但存在的问题是：均相催化剂对于碳酸甲乙酯选择性差，副产碳酸二乙酯较多；甲醇钠遇水发生水解产生氢氧化钠，与原料中微量的二氧化碳反应生成碳酸钠或碳酸氢钠，长时间运行易造成反应精馏塔的塔盘和再沸器堵塞，引起反应精馏塔压差波动，影响装置的正常平稳生产。催化剂不能与产物及时分离造成深度反应，副反应增多；均相催化剂反应完成后需要经过分离，产生固体废物和粉尘，在分离过程中存在安全环保问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了固体催化剂耦合反应精馏生产碳酸甲乙酯的装置和方法，解决上述存在的问题。
5.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：固体催化剂耦合反应精馏生产碳酸甲乙酯的装置，包括碳酸二甲酯储罐、无水乙醇储罐、进料混合器、原料混合罐、原料输送泵、进料预热器、固定床预反应器、反应精馏塔、循环水冷器、回流罐、塔釜再沸器、板框压滤机、滤液罐、粗碳酸二乙酯分离塔和粗碳酸甲乙酯分离塔，所述碳酸二甲酯储罐和无水乙醇储罐均通过泵与进料混合器相连，所述进料混合器的输出端通过管道与原料混合罐相连，所述原料混合罐的输出端通过原料输送泵与进料预热器相连，所述进料预热器通过管线与固定床预反应器相连，所述固定床预反应器的输出端通过管线与反应精馏塔的顶部相连，所述反应精馏塔的塔顶气相通过管线与循环水冷器相连，所述反应精馏塔的塔釜通过管线与板框压滤机相连，所述板框压滤机的输出端通过管线与滤液罐相连，所述反应精馏塔通过管线与塔釜再沸器相连，所述塔釜再沸器的输出端通过管线与反应精馏塔的底部相连，所述滤液罐通过管线与粗碳酸二乙酯分离塔相连，所述粗碳酸二乙酯分离塔的输出端通过管线与粗碳酸甲乙酯分离塔相连，所述粗碳酸甲乙酯分离塔的塔顶通过管线与进料混合器相连。
6.优选的，所述进料混合器有三个进口，三个进口分别与碳酸二甲酯储罐、无水乙醇储罐和粗碳酸甲乙酯分离塔相连。
7.优选的，所述进料预热器为逆流接触的管壳式换热器，所述固定床预反应器的内部设置有夹套保温器。
8.优选的，所述反应精馏塔由两段cy700丝网波纹填料和25层塔盘组成。
9.优选的，所述循环水冷器的输出端与回流罐相连，所述回流罐的输出端与反应精馏塔的顶部相连。
10.优选的，固体催化剂耦合反应精馏生产碳酸甲乙酯的方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、首先将原料乙醇和碳酸二甲酯经原料输送泵和管线输送至进料混合器内，经进料预热器预热至反应温度85℃，送入固定床预反应器内，经预反应达到一级反应平衡，反应消耗50%的碳酸二甲酯和乙醇，反应后物料进入反应精馏塔，在均相甲醇钠催化作用下进行反应精馏，反应精馏塔的塔顶采出副反应产物甲醇，塔釜采出碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和未反应完过量的碳酸二甲酯，若塔釜含有微量的未反应完全的乙醇会随着粗碳酸甲乙酯分离塔塔顶回收再次利用；s2、反应精馏塔内的塔釜物料进入粗碳酸二乙酯分离塔内，塔釜得到纯度99.8%的粗碳酸二乙酯，塔顶采出碳酸甲乙酯和未反应的碳酸二甲酯，塔顶产物送入粗碳酸甲乙酯分离塔内；s3、s1和s2步骤中产出的两个粗品进一步精馏精制生产电子级碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯，并重复上述步骤，直至碳酸二甲酯和乙醇充分深入反应排出。
11.本发明提供了固体催化剂耦合反应精馏生产碳酸甲乙酯的装置和方法。具备以下有益效果：本发明是在充分研究床预反应器、反应精馏塔、固定床预反应器反应以及在反应机理基础上逐一进行研究，耦合了固定床反应和反应精馏，实现了原料碳酸二甲酯和乙醇的分步深入反应，利用固体催化剂对碳酸甲乙酯的高选择性，该工艺可将碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的比例提升到3:1以上，同时保留了均相催化剂甲醇钠的灵活切换能力，固体催化剂的使用，提高了原料碳酸二甲酯和乙醇的反应转化率，减少副反应，提升产品品质，同时减少固体废物产生，降低了排放造成的安全环保问题，易燃易爆物品清渣时需要处理的安全问题、开放清渣带来的物料异味的环保问题和人员职业健康问题，同时延长设备使用周期，保证装置安全平稳生产。
附图说明
12.图1为本发明的加工流程示意图。
13.其中，1、碳酸二甲酯储罐；2、无水乙醇储罐；3、进料混合器；4、原料混合罐；5、原料输送泵；6、进料预热器；7、固定床预反应器；8、反应精馏塔；9、循环水冷器；10、回流罐；11、塔釜再沸器；12、板框压滤机；13、滤液罐；14、粗碳酸二乙酯分离塔；15、粗碳酸甲乙酯分离塔。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.实施例：如图1所示，本发明实施例提供固体催化剂耦合反应精馏生产碳酸甲乙酯的装置，包括碳酸二甲酯储罐1、无水乙醇储罐2、进料混合器3、原料混合罐4、原料输送泵5、进料预热器6、固定床预反应器7、反应精馏塔8、循环水冷器9、回流罐10、塔釜再沸器11、板框压滤机12、滤液罐13、粗碳酸二乙酯分离塔14和粗碳酸甲乙酯分离塔15，碳酸二甲酯储罐1和无水乙醇储罐2均通过泵与进料混合器3相连，进料混合器3的输出端通过管道与原料混合罐4相连，原料混合罐4的输出端通过原料输送泵5与进料预热器6相连，进料预热器6通过管线与固定床预反应器7相连，固定床预反应器7的输出端通过管线与反应精馏塔8的顶部相连，反应精馏塔8的塔顶气相通过管线与循环水冷器9相连，反应精馏塔8的塔釜通过管线与板框压滤机12相连，通过板框压滤机12可以压滤滤除碳酸盐，板框压滤机12的输出端通过管线与滤液罐13相连，反应精馏塔8通过管线与塔釜再沸器11相连，塔釜再沸器11的输出端通过管线与反应精馏塔8的底部相连，滤液罐13通过管线与粗碳酸二乙酯分离塔14相连，粗碳酸二乙酯分离塔14的输出端通过管线与粗碳酸甲乙酯分离塔15相连，粗碳酸甲乙酯分离塔15的塔顶通过管线与进料混合器3相连。
16.进料混合器3有三个进口，三个进口分别与碳酸二甲酯储罐1、无水乙醇储罐2和粗碳酸甲乙酯分离塔15相连。
17.进料预热器6为逆流接触的管壳式换热器，管壳式换热器的热物流来自公用工程导热油，导热油进口温度为230℃，出口温度为200℃。冷物流是来自原料混合罐4，将原料预热到反应温度80-90℃，固定床预反应器7的内部设置有夹套保温器，夹套保温器内通入0.4mpa，143℃低压饱和蒸汽，固定床预反应器7直径1600mm，设置一段催化剂床层，装填固体催化剂，催化剂床层上部设置有进料分布器和填料压圈，依次装填φ3、φ6、φ10的瓷球保护，固定床与反应器7反应至平衡后，将出口物料经管线输送至反应精馏塔8的进料混合器与管线输送来的均相甲醇钠催化剂混合后进入反应精馏塔8第一层塔盘，经过反应精馏进一步反应后得到产品。
18.反应精馏塔8由两段cy700丝网波纹填料和25层塔盘组成，反应精馏过程在25层塔盘完成。
19.循环水冷器9的输出端与回流罐10相连，回流罐10的输出端与反应精馏塔8的顶部相连。
20.固体催化剂耦合反应精馏生产碳酸甲乙酯的方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、首先将原料乙醇和碳酸二甲酯经原料输送泵和管线输送至进料混合器3内，经进料预热器6预热至反应温度85℃，送入固定床预反应器7内，经预反应达到一级反应平衡，反应消耗50%的碳酸二甲酯和乙醇，反应后物料进入反应精馏塔8，在均相甲醇钠催化作用下进行反应精馏，反应精馏塔8的塔顶采出副反应产物甲醇，塔釜采出碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和未反应完过量的碳酸二甲酯，若塔釜含有微量的未反应完全的乙醇会随着粗碳酸甲乙酯分离塔15塔顶回收再次利用；s2、反应精馏塔8内的塔釜物料进入粗碳酸二乙酯分离塔14内，塔釜得到纯度99.8%的粗碳酸二乙酯，塔顶采出碳酸甲乙酯和未反应的碳酸二甲酯，塔顶产物送入粗碳酸
甲乙酯分离塔15内；s3、s1和s2步骤中产出的两个粗品进一步精馏精制生产电子级碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯，并重复上述步骤，直至碳酸二甲酯和乙醇充分深入反应排出。
21.通过充分研究固定床预反应器7、反应精馏塔8、固定床预反应器7反应以及在反应机理基础上逐一进行研究，耦合了固定床预反应器7和反应精馏塔8，实现了原料碳酸二甲酯和乙醇的分步深入反应。利用固体催化剂对碳酸甲乙酯的高选择性，该工艺可将碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的比例提升到3:1以上，同时保留了均相催化剂甲醇钠的灵活切换能力，固体催化剂的使用，提高了原料碳酸二甲酯和乙醇的反应转化率，减少副反应，提升产品品质，同时减少固体废物产生，延长设备使用周期，保证装置安全平稳生产。
22.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。