[发明专利]一种酯交换法制备碳酸二甲酯的装置和工艺

说明书

本发明公开了一种酯交换法制备碳酸二甲酯的装置和工艺，特别是由含有1,2‑丙二醇的碳酸丙烯酯混合物或含有乙二醇的碳酸乙烯酯混合物或碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯与甲醇进行酯交换反应制备碳酸二甲酯的工艺，包括：一级配料、二级配料、预反应、反应、反应产物提浓、加压精馏和碳酸二甲酯精制步骤。本发明具有原料适用范围广、碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯的转化效率高、碳酸二甲酯的选择性高，以及生产过程高效、节能、连续稳定、易操作和产品纯度高等优点。

技术领域

本发明涉及一种酯交换法制备碳酸二甲酯的装置和工艺，特别是由含有1,2-丙二醇的碳酸丙烯酯混合物或含有乙二醇的碳酸乙烯酯混合物或碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯与甲醇进行酯交换反应制备碳酸二甲酯的工艺，属于化工领域。

背景技术

碳酸二甲酯是一种新型低毒的环境友好型绿色基础化工原料，可替代有毒溶剂用于油漆、涂料、胶黏剂、喷雾剂、皮革鞣制、油墨等行业；可作为医药、农药、聚碳酸酯等物质合成的原料；还可作为汽/柴油添加剂，以及锂离子电池电解液等。

碳酸二甲酯的制备方法主要有甲醇光气法、甲醇气相氧化羰化法、甲醇液相氧化羰化法、碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯甲醇酯交换法、尿素甲醇醇解法、二氧化碳甲醇直接合成法、二甲醚氧化羰基化法等。其中酯交换法因反应条件温和，反应产物中碳酸二甲酯的浓度高而备受业界青睐，也是我国工业上碳酸二甲酯的主要制备方法。

美国专利US6365767公开了一种在碱金属、碱土金属或他们的混合物催化剂存在下，由摩尔比为1~20的碳酸亚烷基酯与链烷醇，在20~300℃，14~4000psig（0.097~27.576MPa）的条件下合成了碳酸二烷基酯。

中国专利CN1235865C公布了一种联合生产碳酸二甲酯和丙二醇的工艺，其中涉及到了由碳酸丙烯酯和甲醇制备碳酸二甲酯的工艺。该专利中，将碳酸丙烯酯、甲醇和甲醇碱金属催化剂在原料配料罐中混合，混合物中甲醇与碳酸丙烯酯的摩尔比为6~12:1，甲醇碱金属催化剂的含量为混合物总重量的0.05~1.0wt%。所得混合物送入反应精馏塔中，反应精馏塔的塔釜通入1股来源于丙二醇粗蒸塔塔顶气相凝液的甲醇。碳酸丙烯酯与甲醇在反应精馏塔内反应制备碳酸二甲酯，反应温度为55~85℃，压力为0~0.7MPa，回流比为0.1~7.0，反应停留时间为0.5~2小时。反应精馏塔塔顶馏出含有碳酸二甲酯物质送入共沸物加压精馏塔，塔釜液送入丙二醇粗蒸塔。这种工艺存在反应精馏负荷大、效率低、能耗高等缺点。

中国专利CN104557554A公开了一种酯交换法连续化生产碳酸二甲酯联产1,2-丙二醇的方法，其中涉及到了由碳酸丙烯酯和甲醇制备碳酸二甲酯的方法。其特征在于将碳酸丙烯酯、甲醇和甲醇碱金属催化剂送入混料罐进行混合，混合物中甲醇与碳酸丙烯酯的摩尔比为6~12:1，甲醇金属催化剂的含量为混合物总重量的0.05~1.0wt%。所得混合物送入反应精馏塔中，反应精馏塔的塔釜通入1股来源于甲醇回收塔塔顶气相经冷凝所得的液相甲醇。碳酸丙烯酯与甲醇在合成塔（反应精馏塔）中的反应温度为70~75℃，压力为常压，回流比为1.0~3.0，反应停留时间为0.5小时。反应精馏塔的塔顶采出甲醇与碳酸二甲酯的共沸组成产物去加压塔，塔釜液送入甲醇回收塔。中国专利CN101774888A公开了一种碳酸二甲酯生产过程中高品质丙二醇的提纯新工艺，其中涉及到了甲醇与碳酸丙烯酯反应制备碳酸二甲酯的反应精馏，具体是：将碳酸丙烯酯、甲醇以及催化剂甲醇钠混合送入反应精馏塔中，控制反应精馏塔中甲醇与碳酸丙烯酯的摩尔比为8~15:1，控制反应精馏塔中每层塔盘上催化剂甲醇钠的含量在0.20%~0.80%（质量百分率）。反应精馏塔塔顶得到的甲醇与碳酸二甲酯的共沸物去萃取精馏分离。萃取精馏塔塔顶分离出的甲醇用于碳酸丙烯酯、甲醇以及催化剂甲醇钠混合配料，然后再进入反应精馏塔中。反应精馏塔的釜液去后续分离。后续分离出的甲醇用于碳酸丙烯酯、甲醇以及催化剂甲醇钠的混合配料，然后进入反应精馏塔。这两种方法存在反应精馏负荷大、效率低、能耗高等缺点。