[发明专利]一种低能耗分离碳酸二甲酯和甲醇共沸物的装置和方法

说明书

本发明公开了一种分离碳酸二甲酯和甲醇的装置和方法，所述装置中，第一渗透汽化膜组件的渗余侧出口连接第二渗透汽化膜组件的入口，所述第一渗透汽化膜组件的渗透侧出口连接高压精馏塔的入口，所述第二渗透汽化膜组件的渗余液出口连接常压精馏塔的入口，所述高压精馏塔的塔顶馏分出口连接所述常压精馏塔的入口。本发明的优点在于使用两个精馏塔和膜系统二级分离结合的方法实现碳酸二甲酯和甲醇的提纯，能耗低，安全、环保、无污染，可实现清洁生产。

技术领域

本发明属于化工分离领域，具体涉及一种低能耗分离碳酸二甲酯和甲醇共沸物的装置和方法。

背景技术

碳酸二甲酯（简称DMC）是一种性能优良的绿色溶剂，可完全与绝大部分的酮、醇、醚等溶剂实现混溶。DMC无毒且结构中含有甲基、羰基等官能团，能够代替剧毒的硫酸二甲酯、氯甲酸甲酯以及光气进行甲基化反应合成许多高附加值的下游产品，消除这些剧毒化学品对环境的污染，是一种环境友好的有机化工中间体，成为新时期有机合成里的“新基石”。随着国内外新能源领域的快速发展，其作为电解液组成的主要溶剂，市场需求正逐步扩大。同时DMC可通过酯交换、聚合等过程制备高新材料聚碳酸酯，成为聚碳新产业领域重要的化工原料，将极大促进其产业规模的增长。因其分子结构中氧占比较高，拥有良好的提高辛烷值作用，被认为是最具潜力的汽油添加剂之一。

DMC主要生产路线包括光气法、甲醇氧化羰化法、CO₂直接合成法、尿素醇解法和酯交换合成法。光气法使用强腐蚀性和剧毒的放射性光气，生产过程严重污染环境并存在严重的安全隐患，该方法已被逐渐淘汰。目前，CO₂直接合成法和尿素醇解法均仍局限于实验室或千吨/年中试研究阶段。氧化羰基化法包括甲醇直接氧化羰基化法以及间接氧化羰基化法。间接氧化羰基化法是甲醇首先与NOx生成亚硝酸甲酯，亚硝酸甲酯发生羰基化反应得到DMC和N₂O，N₂O再氧化为NOx。该方法的优点是原料成本低，但缺点同样非常明显，N₂O俗称笑气，具有神经毒性，其温室效应为CO₂的300倍，同时副产水，有工业废水产生，环境不友好。该法制得的DMC纯度较低，有大量含氧化合物的副产品（如草酸二甲酯等）生成，氧化反应副产物多是通病，分离成电子级化学品工艺难度较大。而且该路线采用贵金属催化剂，催化剂价格较高，而且随着该技术的推广，贵金属催化剂的价格会大幅上涨。同时该技术连续运转过程中产生少量有强腐蚀性的硝酸。液相氧化羰基化法主要以氯化亚铜为催化剂。由于反应体系中氯化亚铜腐蚀性较大，对设备要求较高，因此投资成本较高，并且催化剂易失活，寿命比较短。

无论采用甲醇氧化羰化法、CO₂直接合成法、尿素醇解法还是酯交换合成法均存在甲醇和DMC共沸物分离的问题。常压下甲醇和DMC的共沸温度为63.7℃，共沸组成为70wt%的甲醇和30wt%的DMC，普通精馏工艺较难实现产品精制要求。对于甲醇和DMC分离，目前研究的主要工艺技术有萃取精馏法、变压分离法、重结晶法以及膜分离法，工业化应用最为广泛的是萃取精馏法和变压分离法。萃取精馏中往往会引入系统外高沸点夹带剂，后期完全分离回收比较困难且会影响产品质量，工艺操作较为复杂。变压分离是利用过程中压力变化改变共沸物组分间挥发度进而实现分离，但高压精馏过程操作温度相对较高、能耗和热损较大，亟需对分离过程进行强化升级。