[发明专利]一种反应精馏与结晶耦合制备电池级碳酸二甲酯的方法及装置

说明书

本发明公开了一种反应精馏与结晶耦合制备电池级碳酸二甲酯的方法，该方法利用碳酸二甲酯易于水解生成甲醇和CO₂的特点将煤基乙二醇副产碳酸二甲酯中的微量水脱除，减少后续产品的脱水处理环节。并采用熔融结晶的方式对优级碳酸二甲酯进行提纯，有效脱除微量杂质，得到水含量≤20ppm、DMC纯度≥99.99wt％的电池级碳酸二甲酯。其中反应精馏单元塔顶采出的富含甲醇轻组分及塔釜重组分回原工业装置精馏提纯得到工业级的碳酸二甲酯继续回用，结晶单元未结晶母液和发汗液进入反应精馏单元回用，可以实现收率达到90％以上。本方法制备的电池级碳酸二甲酯纯度高，各流程物料循环利用，物料利用程度高，产品质量稳定、收率高、成本低。

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，具体涉及一种反应精馏与结晶耦合制备电池级碳酸二甲酯的方法及装置。

背景技术

常温下碳酸二甲酯(DMC)是一种无色透明的液体、低毒，属低毒或无毒化学品，具有使用安全、污染少、方便、容易运输等优点。碳酸二甲酯作为一种优良的有机溶剂，具有介电常数高、相溶性好、电化学稳定性高、黏度低等特点，是锂离子电池电解液一种重要的溶剂。以碳酸二甲酯为电解液溶剂的锂离子电池具有电流密度高、抗氧化还原性能好、使用寿命长、导电性优良等特征。随着电子产业和新能源汽车行业的蓬勃发展，对电池级碳酸二甲酯的需求量逐年增加，同时对其质量要求也越来越高。电池级碳酸二甲酯属于电子化学品范畴，其水含量、醇含量及其他微量杂质含量，将直接影响电解液的性能，从而影响电池的性能，因此，要求DMC的纯度高达99.99％，甚至高于99.999％。

专利CN113121346A提供了一种电子级碳酸二甲酯的提纯方法。以工业级碳酸二甲酯为原料，经精馏，侧线采出纯化的碳酸二甲酯，随后经吸附剂吸附，得到纯度为99.99％的电子级碳酸二甲酯产品。该方法中吸附剂吸附饱和后需要使用300℃的高温氮气吹扫进行脱附再生，脱附再生时间为4～6h。吸附剂的脱附再生过程耗时长，能耗高。

专利CN109970565A提供了一种煤制乙二醇副产碳酸二甲酯加压法耦合熔融结晶精制电池级碳酸二甲酯的方法，煤制乙二醇副产碳酸二甲酯经加压精馏后塔釜得到99.5％的碳酸二甲酯，随后进入降膜熔融结晶装置，经冷冻、发汗和溶解得到基本不含甲醇和未知杂质，碳酸二甲酯含量可以达到99.99％，控制好加压塔回流比以及发汗时间，可以保证收率达到80％以上。该工艺方法中约占一定比例的发汗液未继续回用，限制产品收率的提高。

发明内容

本发明的目的在于针对煤制乙二醇副产碳酸二甲酯中杂质多、分离难度大、电池级产品收率低等存在的一系列问题，提供一种反应精馏与结晶耦合制备电池级碳酸二甲酯的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种反应精馏与结晶耦合制备电池级碳酸二甲酯的方法，包括以下步骤：

步骤1，反应精馏；

将工业级碳酸二甲酯进行反应精馏，所述反应精馏过程的反应温度为100～140℃，反应时间0.5～1h；反应精馏工作压力为0.1～1Mpa，回流比6～20，理论塔板数为20～60；所述反应精馏过程采用水解催化剂；

所述反应精馏过程塔顶出料包括馏出物和不凝气CO₂；所述侧线采出物为优级碳酸二甲酯；所述馏出物为含甲醇的轻组分；

所述优级碳酸二甲酯成分为：碳酸二甲酯含量≥99.9wt％，水含量≤20ppm；

所述工业级碳酸二甲酯为煤制乙二醇的副产物碳酸二甲酯，成分为：碳酸二甲酯含量≥99.5wt％，水含量≤0.2wt％；

步骤2，结晶；

将所述优级碳酸二甲酯降温结晶，结晶温度为1～4℃，在所述结晶温度维持2～15h；结晶过程结束后得到固体为碳酸二甲酯粗精，液体为结晶母液；所述结晶母液返回至步骤1；

步骤3，发汗；