一種尿素和甲醇聯(lián)產(chǎn)氨和碳酸二甲酯的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳酸二甲酯制備領(lǐng)域,尤其是涉及一種尿素和甲醇聯(lián)產(chǎn)氨和碳酸二甲酯的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳酸二甲酯(DMC)是具有廣泛用途的“綠色”化工產(chǎn)品,市場的潛在需求量巨大。早期DMC主要采用光氣合成法,由于原料劇毒限制了其大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。1983年意大利Enichem公司開發(fā)了液相甲醇氧化羰基化合成DMC的技術(shù)路線,1992年日本宇部又開發(fā)了氣相甲醇氧化羰基化法,此外還有通過催化合成的碳酸乙烯酯與甲醇進(jìn)行酯交換生產(chǎn)DMC的技術(shù)路線。上述非光氣的方法使得DMC合成迅速商業(yè)化。但這些方法涉及的反應(yīng)體系復(fù)雜,由于甲醇與DMC形成共沸物,后續(xù)分離的難度也較大。
[0003]公開號為CN1421430A的中國專利公布了一種尿素醇解法合成碳酸二甲酯的方法,該專利提出尿素和甲醇作為原料,用反應(yīng)精餾技術(shù)聯(lián)產(chǎn)氨和碳酸二甲酯,在公開號為CN1597096A的中國專利中進(jìn)一步說明了反應(yīng)段的催化劑類型。上述兩篇專利中反應(yīng)產(chǎn)物DMC與甲醇形成共沸物從塔頂采出,后續(xù)分離難度大;此外,甲醇與尿素混合溶液一并進(jìn)料,為保證尿素的轉(zhuǎn)化率需要通入高比例的甲醇,增加了后續(xù)分離的能耗。
[0004]公開號為CN 1919400A的中國專利公布了一種尿素醇解法生產(chǎn)碳酸二甲酯的反應(yīng)精餾塔,該專利在進(jìn)料方式上作出改進(jìn),將甲醇與尿素分別進(jìn)料,但沒有設(shè)提餾段,反應(yīng)產(chǎn)物DMC仍從反應(yīng)區(qū)的上部側(cè)線采出,產(chǎn)品純度仍受到限制,另外反應(yīng)區(qū)下部需要采用列管結(jié)構(gòu)和循環(huán)冷卻介質(zhì)控制反應(yīng)溫度,嚴(yán)格意義上,這里所采用方法并非反應(yīng)與精餾分離偶聯(lián)的反應(yīng)精餾技術(shù)。
[0005]公開號為CN104892423A的中國專利公布了一種甲醇氧化羰基化制備碳酸二甲酯的工藝,以氧氣和CO為原料,由于氧化羰基化并非可逆反應(yīng),其采用催化精餾塔不能起到反應(yīng)與精餾過程的耦聯(lián)作用,而且兩種主要反應(yīng)產(chǎn)物DMC和水都從塔底采出,反應(yīng)精餾的意義只是為了移除反應(yīng)熱量,控制反應(yīng)溫度,對反應(yīng)速度和效率沒有什么作用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種尿素和甲醇聯(lián)產(chǎn)氨和碳酸二甲酯的裝置和方法。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]—種尿素和甲醇聯(lián)產(chǎn)氨和碳酸二甲酯的裝置,包括反應(yīng)精餾塔,所述反應(yīng)精餾塔包括精餾段,反應(yīng)段和提餾段,所述反應(yīng)段位于反應(yīng)精餾塔中部,精餾段位于反應(yīng)精餾塔上部,提餾段位于反應(yīng)精餾塔下部,所述反應(yīng)段裝填有反應(yīng)催化劑,所述精餾段和提餾段裝填有傳質(zhì)填料,在所述反應(yīng)段上方開設(shè)尿素進(jìn)料口,在所述反應(yīng)段下方開設(shè)甲醇進(jìn)料口,在所述精餾段的上方設(shè)置氨的采出口,在所述提餾段的下方設(shè)置碳酸二甲酯的采出口。
[0009]所述精餾段通過汽相管線與塔頂冷凝器相連,所述冷凝器通過冷凝液管線與回流罐相連,所述回流罐再通過回流管線與所述精餾段相連,所述氨的采出口設(shè)置在所述回流罐底部,或設(shè)置在所述冷凝器的頂部。塔頂產(chǎn)品為副產(chǎn)的氨和剩余甲醇。
[0010]所述提餾段下方為塔釜,所述塔釜通過排液管線與塔底再沸器相連,所述塔底再沸器通過再沸管線又與所述提餾段相連,所述碳酸二甲酯的采出口設(shè)置在所述塔釜的底部。
[0011]所述反應(yīng)段的催化劑為顆粒狀或蜂窩狀催化劑,所述精餾段和提餾段的填傳質(zhì)填料為規(guī)整填料。
[0012]采用上述裝置進(jìn)行尿素和甲醇聯(lián)產(chǎn)氨和碳酸二甲酯的方法,包括以下步驟:
[0013](I)尿素和甲醇分別從各自的進(jìn)料口進(jìn)入反應(yīng)精餾塔,在反應(yīng)精餾塔內(nèi),尿素向下,甲醇向上流經(jīng)反應(yīng)段,并在反應(yīng)段發(fā)生催化反應(yīng),生成碳酸二甲酯和氨;
[0014](2)通過精餾的作用,氨以蒸汽形式向上穿過反應(yīng)段進(jìn)入精餾段,從精餾段頂部排出,碳酸二甲酯以液體形式向下穿過反應(yīng)段進(jìn)入提餾段,再進(jìn)入塔釜,從塔釜底部排出;
[0015](3)排出的蒸汽形式的氨通過汽相管線進(jìn)入塔頂冷凝器,再經(jīng)過冷凝液管線進(jìn)入回流罐,從回流罐底部取出一部分冷凝液通過回流管線回到精餾段,另一部分冷凝液作為氨廣品米出;
[0016](4)從塔釜排出的液體分為兩部分,一部分通過排液管線進(jìn)入塔底再沸器,產(chǎn)生塔底蒸汽,再通過再沸管線回到提餾段,剩余部分作為碳酸二甲酯產(chǎn)品采出。
[0017]所述氨產(chǎn)品中的碳酸二甲酯含量小于lOOppmw,所述碳酸二甲酯產(chǎn)品中的氨含量小于lOOppmw。所述碳酸二甲酯產(chǎn)品中的甲醇含量小于lOOOppmw。
[0018]所述精餾段頂部的溫度比所述提餾段底部或所述塔釜的溫度低80?160°C。所述精餾段的頂部操作溫度在30?100°C之間,所述提餾段底部或所述塔釜的操作溫度在150?250°C之間。
[0019]所述精餾段的頂部操作壓力在1.0?1.5Mpa之間。
[0020]所述甲醇與尿素的進(jìn)料量摩爾比為2:1?3:1。
[0021]所述的催化劑優(yōu)選為氧化鋅、堿金屬氧化物、氧化鋁的復(fù)合催化劑,其中堿金屬氧化物優(yōu)選為氧化鉀,其中,氧化鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30_80wt%,氧化鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-5.0wt%,氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65-20wt%。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明使用尿素和甲醇聯(lián)產(chǎn)氨和碳酸二甲酯,反應(yīng)精餾塔內(nèi),尿素向下,甲醇向上流經(jīng)反應(yīng)段,并在反應(yīng)段發(fā)生催化反應(yīng),逆向流動(dòng)的尿素、甲醇在反應(yīng)段濃度增減互現(xiàn),確保反應(yīng)段不同區(qū)域的反應(yīng)速率的相對均衡,由于反應(yīng)消耗甲醇增加DMC,從而打破了甲醇-DMC共沸物濃度組成,提高了甲醇的轉(zhuǎn)化率,降低甲醇的通入比例,并直接得到高純度的DMC產(chǎn)品,從而大幅減小過程能耗。
【附圖說明】
[0023]圖1為尿素和甲醇聯(lián)產(chǎn)氨和碳酸二甲酯的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中標(biāo)記:1、尿素進(jìn)料口 ;2、甲醇進(jìn)料口 ;3、反應(yīng)精餾塔;31、反應(yīng)段;32、精餾段;33、提餾段;34、塔釜;4、汽相管線;5、排液管線;6、冷凝器;7、冷凝液管線;8、回流罐;9、回流管線;10、塔頂液體產(chǎn)品;11、塔頂氣體產(chǎn)品;12、塔底再沸器;13、再沸管線;14、塔底產(chǎn)品O
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026]實(shí)施例1
[0027]—種尿素和甲醇聯(lián)產(chǎn)氨和碳酸二甲酯的裝置,如圖1所示,包括反應(yīng)精餾塔3,其中,反應(yīng)精餾塔3包括精餾段32、反應(yīng)段31、提餾段33和塔釜34,反應(yīng)段31位于反應(yīng)精餾塔3中部,在反應(yīng)段31上方開設(shè)尿素進(jìn)料口 I,在反應(yīng)段32下方開設(shè)甲醇進(jìn)料口 2,精餾段32位于反應(yīng)精餾塔3上部,提餾段33位于反應(yīng)精餾塔3下部,提餾段33下方為塔釜34,其中精餾段32采用4米高波紋規(guī)整填料,反應(yīng)段31采用6米高蜂窩狀催化劑,組成氧化鋅30wt% -氧化鉀2wt% -氧化招68wt%復(fù)合催化劑,提饋段33采用4米高波紋規(guī)整填料,精餾段32通過汽相管線4與塔頂冷凝器6相連,塔頂冷凝器6通過冷凝液管線7與回流罐8相連,回流罐8再通過回流管線9與精餾段32相連,塔釜34通過排液管線5與塔底再沸器12相連,塔底再沸器12通過再沸管線13又與提餾段33相連。其中,冷凝器6的頂部為塔頂氣體產(chǎn)品11的采集口,回流罐8的底部為塔頂液體產(chǎn)品10的采集口,可以根據(jù)需要對塔頂產(chǎn)品采用液體產(chǎn)品形式進(jìn)行采集或采用氣體產(chǎn)品形式進(jìn)行采集。塔釜34的底部為塔底產(chǎn)品14的采集口。
[0028]其中,塔頂產(chǎn)品主要為副產(chǎn)的氨和剩余甲醇,塔底產(chǎn)品主要為碳酸二甲酯。
[0029]采用上述裝置進(jìn)行反應(yīng)時(shí),反應(yīng)段上方加入尿素每小時(shí)1.5kmol,反應(yīng)段下方加入甲醇每小時(shí)3.6kmol,塔底產(chǎn)品每小時(shí)1.49kmol,其中碳酸二甲