本发明专利技术公开了一种采用热泵技术的碳酸二甲酯合成与精制工艺及其装置，包括反应精馏塔、加压精馏塔和甲醇回收塔，将三个塔顶蒸气物料引入压缩机加压升温后通入塔底再沸器加热来自塔底的液体物料，塔顶无需设置冷凝器，塔底再沸器也无需引入锅炉加热蒸气，其中加压精馏塔塔顶蒸气经过压缩机处理后，不仅可满足该塔塔底再沸器需要，同时部分蒸气用于预热该塔来料。反应精馏塔和甲醇回收塔塔顶蒸气多于的部分可采用冷却水冷却，或采用其他工艺段中精馏塔塔底溶液进行冷却。整个物流系统全封闭操作，除维持压缩机运行所需少量电能外，工艺可完成热量自平衡，单位碳酸二甲酯生产能耗降低，无需锅炉供热、减少冷却水耗量，达到节能、环保的双重目的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化工产品-碳酸二甲酯的生产领域，涉及碳酸二甲酯 的生产工艺和装置，特别涉及一种采用热泵技术的碳酸二甲酯合成与 精制工艺及其装置
技术介绍
碳酸二甲酯(简称DMC)是近年来受到国内外广泛关注的环保型 绿色化工产品。由于其分子中含有CH3-、 CH30-、 CH3-C0-、 -CO-等 多种官能团，因而具有良好的反应活性，可以在诸多领域替代光气、 硫酸二甲酯(DM) s 、氯甲烷及氯甲酸甲酯等剧毒或致癌物进行羟基化、 甲基化、甲酯化及酯交换等反应生成多种重要化工产品。以DMC为原 料可以合成聚碳酸酯、异氰酸酯、氨基甲酸酯等多种高附加值的精细 化学品，在高性树脂、医药、农药、合成材料、染料、润滑油添加剂、 食品添加剂、电子化学品等领域获得广泛应用。碳酸二甲酯具有优良 的溶解性能，不但与其他溶剂的相溶性好，还具有较高的蒸发温度及 蒸发速度快等特点，可以用作为低毒溶剂，用作涂料溶剂和医药行业 用的溶媒等。DMC分子中的氧含量高达539&,具有提高辛垸值、无相 分离、低毒和快速生物降解性等性质。因此，DMC将成为替代MTBE 的最有潜力的汽油添加剂之一。1992年DMC在欧洲通过了非毒性化 学品的注册登记，属于无毒或微毒化工产品。因此，DMC被誉为21 世纪有机合成的一个"新基石"和"绿色化工产品"，将具有广泛的应用前景。目前工业化大规模生产DMC的方法主要有光气法、酯交换法、 甲醇氧化羰基化法3种。此外，DMC的合成工艺还有甲醇尿素法、 二氧化碳甲醇法等，但目前仍处于实验室研究阶段。光气法是最早工业化生产DMC的方法，它是由光气与甲醇反应 先制得氯甲酸甲酯，氯甲酸甲酯进一步与甲醇反应制得DMC。此法生 产工艺成熟，但操作周期长，由于光气属于剧毒原料，大量副产品氯 化氢腐蚀管道设备，产品氯含量高，质量较差，生产不安全，容易造 成人身伤害和环境污染。虽然有不少人对该法进行了研究改进，但由 于该方法本身的固有缺陷，目前该方法正逐步被其他非光气合成路线 所取代。甲醇氧化羰基化法是以一氧化碳、氧气和甲醇为原料，在催化剂 作用下直接合成DMC。按照生产工艺条件，它又可分为甲醇液相氧化 羰基化法和甲醇气相氧化羰基化法2种生产工艺。甲醇氧化羰基化 法尽管发展前景广阔，但其缺点也十分突出①甲醇氧化羰基化生产 DMC所用的原料为高纯度的一氧化碳和氧气；高纯一氧化碳的生产是 由煤气发生水煤气，经脱硫、铜洗、脱碳、变压吸附等工艺过程。原 料氧气的来源需要有一套空分装置。整个工艺造气设备的投资是甲醇 氧化羰基化工艺流程装置的2 3倍。②氧化羰基化反应往往在其原料的爆炸极限区域内进行，因此对设备的安全和自动化控制要求比较 高。③氧化羰基化反应过程中有酸性副产物生产，设备腐蚀严重。 酯交换法是以甲醇、环氧丙(乙)垸以及二氧化碳为原料，在催化剂作用下，环氧丙(乙)垸与二氧化碳反应先合成出碳酸丙(乙)烯酯，随后碳酸丙(乙)烯酯再与甲醇进行酯交换反应得到DMC，同时副 产丙(乙)二醇。酯交换法由美国德士古(Texcao)公司于1992年率 先实现工业化生产。酯交换法DMC生产技术，却具有十分诱人的前 景①生产所用的原料实质只是甲醇与二氧化碳，环氧丙(乙)垸完 全是作为联产品丙(乙)二醇的原料载体。②它可以充分利用化工厂、 酒厂、石灰厂等排放的废气中的二氧化碳，既变废为宝，又可以减少 温室效应，净化环境，是绿色的环境友好工艺。(D对设备无腐蚀(设 备材质为碳钢)，整个生产全封闭操作，基本无"三废"排放，生产 过程安全易控，操作方便。④一种工艺可以同时联产2种产品，而 总投资却比生产单一产品DMC的甲醇氧化羰基化工艺或生产丙(乙) 二醇的环氧丙(乙)烷水合工艺均小，而且生产成本也低，它是一种 多反应的高效耦合。通过以上对DMC的生产技术分析与比较不难看出，酯交换法DMC生产技术无论从社会效益还是经济效益上看，都具有十分明显的优 势。目前，我国DMC产量约90%都是采用该技术生产。采用酯交换 生产DMC时甲醇都不能完全转化，在反应器中生成的为DMC和甲醇的 二元共沸物，在常压下，该二元共沸物的恒沸点为64度，这时DMC 占30%(重量计)，甲醇占70%(重量计)，常规的方法很难将DMC进 行高效的分离提纯。目前常用的分离方法有低温结晶法、萃取精馏法、 烷烃共沸法、加压精馏法、膜分离法等，其中膜分离技术还不成熟， 未见工业化报道。低温结晶法是利用DMC凝固点比甲醇高的特点，选择适宜的温度使DMC结晶，分离结晶后再蒸馏得DMC。此法DMC收率 可达95% 96% ，但能耗大，恒沸物要在-35 -3(TC下结晶，然后 再升温二次蒸馏，操作困难。采用萃取蒸馏，萃取剂用量大，回收萃取剂的能耗高，DMC的收 率低。烷烃共沸法是在甲醇一DMC 二元恒沸物中加入烷烃或环烷烃等， 使烃与甲醇形成与原来温度不同的新的恒沸物，利用两恒沸物恒沸温 度的差异，使甲醇一烷烃恒沸物蒸出，获得DMC产品，该方法较萃 取蒸馏虽有优越之处，但也不可避免的有恒沸剂损失，产品DMC的品质很难保证，操作流程长，控制单元多。因此加压蒸馏分离技术应运 而生，它回避了萃取蒸馏、恒沸蒸馏分离技术中诸多不可取之处，形 成了自身简单便捷特点，使酯交换法生产的DMC产品质量、物耗能耗 水平上了一个新的台阶。中国专利00107115.7《一种加压分离甲醇 和碳酸二甲酯共沸物的方法》报道了一种利用物料自身产生压力来加 压分离甲醇和碳酸二甲酯共沸物的方法。文献《酯交换法生产碳酸二 甲酯的工艺研究，天津大学硕士学位论文，2004》对采用酯交换法合 成、加压精馏分离进行了详细研究，研究结果显示该方法虽然工艺简 单，设备成熟，虽然通过工艺流程的优化可节省部分热量，但仍然存 在能耗大的致命缺点，随着我国能源结构的调整，煤炭、石油等能源 价格逐年上涨，加之环保政策的加强，该工艺的竞争力下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决传统酯交换合成、加压精馏分离碳酸二 甲酯工艺中耗能高，冷却工程量大的缺点，将热泵技术有机地融入传 统工艺中，从而提供一种节能、环保的碳酸二甲酯合成和精制工艺及 其装置。本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的这种采用热泵技术的碳酸二甲酯合成和精制装置，其反应精馏塔 1、加压精馏塔2和甲醇回收塔3的塔顶甲醇和碳酸二甲酯二元共沸物蒸气分别通过管道引入压缩机4、压縮机5和压縮机6的吸气侧；压縮机4的排气侧通过管道与反应精馏塔1塔底再沸器7热侧入 口端及换热器10热侧入口端连通；压縮机5排气侧通过管道与加压 精馏塔2塔底再沸器8热侧入口端及物料入口预热器11热侧入口端 连通；压縮机6排气侧通过管道与甲醇回收塔3塔底再沸器9热侧入 口端及换热器12热侧入口端连通；再沸器7热侧出口端通过管道与加压泵13入口端及反应精馏塔 1上部回流端连通；物料入口预热器11冷侧入口通过管道与物料混 合缓冲罐14出口端连通，物料入口预热器11冷侧出口通过管道与加 压精馏塔2物料入口端连通；再沸器8热侧出口通过管道与加压精馏 塔2回流端、甲醇回收塔3中间物料入口端及减压阀15入口端连通; 再沸器9热侧出口通过管道与甲醇回收塔3回流端、换热器12热侧 出口端及循环泵16入口端连通；加压泵13出口端通过管道本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用热泵技术的碳酸二甲酯合成和精制装置，其特征在于：反应精馏塔（１）、加压精馏塔（２）和甲醇回收塔（３）的塔顶甲醇和碳酸二甲酯二元共沸物蒸气分别通过管道引入压缩机（４）、压缩机（５）和压缩机（６）的吸气侧； 压缩机（４）的排气侧通过管道与反应精馏塔（１）塔底再沸器（７）热侧入口端及换热器（１０）热侧入口端连通；压缩机（５）排气侧通过管道与加压精馏塔（２）塔底再沸器（８）热侧入口端及物料入口预热器（１１）热侧入口端连通；压缩机（６）排气侧通过管道与甲醇回收塔（３）塔底再沸器（９）热侧入口端及换热器（１２）热侧入口端连通； 再沸器（７）热侧出口端通过管道与加压泵（１３）入口端及反应精馏塔（１）上部回流端连通；物料入口预热器（１１）冷侧入口通过管道与物料混合缓冲罐（１４）出口端连通，物料入口预热器（１１）冷侧出口通过管道与加压精馏塔（２）物料入口端连通；再沸器（８）热侧出口通过管道与加压精馏塔（２）回流端、甲醇回收塔（３）中间物料入口端及减压阀（１５）入口端连通；再沸器（９）热侧出口通过管道与甲醇回收塔（３）回流端、换热器（１２）热侧出口端及循环泵（１６）入口端连通； 加压泵（１３）出口端通过管道与物料混合缓冲罐（１４）入口端连通；循环泵（１６）出口端通过管道与物料混合缓冲罐（１４）入口端连通；减压阀（１５）出口端通过管道与甲醇回收塔（３）物料入口端连通。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯诗愚，顾兆林，刘宗宽，高秀峰，李云，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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