一种甲醇和碳酸二甲酯共沸物连续分离方法
阅读说明：本技术 一种甲醇和碳酸二甲酯共沸物连续分离方法 (Continuous separation method of methanol and dimethyl carbonate azeotrope ) 是由 刘勇军 王旭 黄伟 武海涛 刘甜甜 冯翀 潘丽 李伟斌 于 2021-01-25 设计创作，主要内容包括：一种甲醇和碳酸二甲酯共沸物连续分离方法,属于化工技术领域。它主要解决现有的普通精馏技术能耗及投资成本过高的问题。其特征是将萃取剂、共沸物分别从回流比为1～3,塔顶温度为60～150℃,塔底温度为140～260℃的分隔壁式精馏塔的上半部和中部进料,在压力为0.3～0.8 MPa的条件下进行萃取精馏；碳酸二甲酯和甲醇的混合液中碳酸二甲酯的质量分数为20～75%；萃取剂与甲醇和碳酸二甲酯的混合液的重量比为0.5～1.1。本发明具有设备少,投资小,能耗费用和操作费用低的优点。(A continuous separation method of an azeotrope of methanol and dimethyl carbonate belongs to the technical field of chemical industry. The method mainly solves the problems of high energy consumption and high investment cost of the existing common rectification technology. The method is characterized in that an extracting agent and an azeotrope are fed from the upper half part and the middle part of a dividing wall type rectifying tower with the reflux ratio of 1-3, the temperature at the top of the tower of 60-150 ℃ and the temperature at the bottom of the tower of 140-260 ℃ respectively, and are subjected to extractive distillation under the condition that the pressure is 0.3-0.8 MPa; the mass fraction of the dimethyl carbonate in the mixed liquid of the dimethyl carbonate and the methanol is 20-75%; the weight ratio of the extracting agent to the mixed liquid of the methanol and the dimethyl carbonate is 0.5-1.1. The invention has the advantages of less equipment, less investment, low energy consumption and operation cost.)
技术领域
本发明涉及碳酸二甲酯和甲醇的连续分离方法，更具体地，涉及一种使用隔壁萃取塔加压分离甲醇和碳酸二甲酯的方法。
背景技术
煤制乙二醇(EG)的生产工艺主要是通过氧化羰化耦合生成草酸二甲酯(DMO)，再将DMO加氢制得乙二醇。在合成DMO时，亚硝酸甲酯和CO在催化剂上进行气相反应生成DMO的同时存在副反应生成碳酸二甲酯（DMC），而外来的未反应完全的甲醇很容易和生成的DMC形成共沸物，导致分离困难。这些副产物主要以杂醇油形式出售，单价低，降低了企业的经济效益。在煤制乙二醇连年亏损的现今，提高企业的竞争力及煤制乙二醇的经济效益成为企业的首要目标，而通过分离精制副产物获得纯度更高、附加值更大的DMC成为乙二醇行业关注的焦点。
DMC分子结构式（CH3O2C=O），常温下是一种无色透明、略有气味、微甜的液体，具有低毒、环保性能优等特性，分子量 90.08，相对密度 1.065，熔点 4℃，沸点 90.1℃，可与醇、醚、酮等有机溶剂互溶，是一种用途广泛的化工原料。由于分子中含有甲基、羰基和甲氧基等多种官能团，具有良好的化学反应活性。DMC 也可作为油品添加剂，不仅能改善发动机效率，还能降低 NO x 、CO、烟微粒排放。DMC还具有较好的相溶性、高介电常数、低黏度等优良的物理性质，在锂离子电池电解液中添加DMC，使电池具有高电流密度和良好的抗氧化还原性能，延长电池使用寿命，近年来随着新能源产业的快速发展，对电池级DMC的需求也日益增加。
目前分离二元共沸混合物甲醇和DMC常用的方法有：共沸精馏、变压精馏、萃取精馏、膜分离以及低温结晶。如专利CN200610169592.5、CN200710064633、CN200710121912和CN201310034796等公开了利用膜分离技术来分离甲醇和DMC的混合液，然而所获得的物质纯度不高，还需要借助传统的精馏来进一步提纯。专利CN109422647A、CN107915640A、CN107915642A和CN109422648A公开了一系列萃取精馏的方法，但基本上都是基于普通的两塔或三塔精馏来提纯，这势必会造成塔设备多，投资大，能耗高。
一些文献报道了通过加压-减压等共沸多塔精馏方式分离DMC和甲醇的共沸物，减压需要抽真空系统，加压会增加塔设备的制造成本，投资高，且存在操作复杂的问题。
综上，现有的分离技术存在效率低、投资高、能耗大的问题，随着我国煤制乙二醇产能扩大，现有的甲醇和DMC共沸物分离技术亟需改进和创新，从而降低分离成本，提升企业的竞争力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的分离技术投资成本高、效率低、能耗大的问题，本发明提供一种甲醇和碳酸二甲酯共沸物连续分离方法。
为解决上述问题，本发明采用如下方式进行：一种甲醇和碳酸二甲酯共沸物连续分离方法，以分隔壁式精馏塔为分离装置，将萃取剂、甲醇和DMC的混合液分别从分隔壁式精馏塔的上半部和中部进料，同时在压力为0.3～0.8 MPa的条件下进行萃取精馏。
上述技术方案中，所述的分离装置为分隔壁式精馏塔。
上述技术方案中，所述的甲醇和碳酸二甲酯的混合物从萃取精馏段的中部进入，萃取剂从萃取精馏段的上半部进入，萃取精馏段的塔顶采出高纯度甲醇，精馏分离段的塔顶采出纯DMC，塔釜得到萃取剂进行循环使用。
上述技术方案中，所述的DMC和甲醇的混合物中DMC的质量分数为20~75%。
上述技术方案中，所述的萃取剂与共沸混合液的重量比为0.5~1.1。
上述技术方案中，所述的萃取剂为乙二醇或苯或乙二醇和苯的混合物。二醇和苯的混合物中，乙二醇质量分数占比1~99%。
上述技术方案中，所述的分隔壁式精馏塔回流比为1~3，塔顶温度为60~150℃，塔底温度为140~260℃，萃取精馏段塔板数为20~50，精馏分离段塔板数为10~25。
本发明方法具有能耗低、设备投资小、分离效果好和占地面积少的优点。
附图说明
图1为本发明分隔壁式精馏塔内部结构示意图。
图中，1为萃取精馏段，2为精馏分离段，3为公共提馏段。
具体实施方式
分隔壁式精馏塔由萃取精馏段1、精馏分离段2、公共提馏段3构成，萃取精馏段1、精馏分离段2位于分隔壁式精馏塔塔体的上部并占塔体体积的40~60%，萃取精馏段1与精馏分离段2之间采用塔板隔离，公共提馏段3与萃取精馏段1与精馏分离段2之间采用塔板隔离。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不限制本发明的内容。
实施例1：采用图1所示的分隔壁式精馏塔萃取精馏分离DMC和甲醇。工艺条件为：共沸混合液为甲醇和碳酸二甲酯的混合液。
共沸混合液为300kg/h，共沸混合液中甲醇含量为37 wt. %，碳酸二甲酯含量为63wt.%，操作压力为0.3MPa，萃取剂为乙二醇，萃取剂用量为130kg/h，回流比为1.5，塔顶温度为100℃，塔底温度为200℃，萃取精馏段塔板数为35，精馏分离段塔板数为16。分离结果为：DMC的纯度为99.9%，回收率为99.8%，甲醇的纯度为99.7%，回收率为99.8%。
实施例2：采用如图1所示的分隔壁式精馏塔萃取精馏分离DMC和甲醇。工艺条件为：共沸混合液为300 kg/h，其中甲醇含量为37 wt. %，碳酸二甲酯含量为63 wt.%，操作压力为0.3MPa，萃取剂为乙二醇，萃取剂用量为130kg/h，回流比为2.5，塔顶温度为110℃，塔底温度为240℃，萃取精馏段塔板数为35，精馏分离段塔板数为16。分离结果为：DMC的纯度为99.8%，回收率为99.9%，甲醇的纯度为99.6%，回收率为99.8%。
实施例3：采用如图1所示的分隔壁式精馏塔萃取精馏分离DMC和甲醇。工艺条件为：共沸混合液为300 kg/h，其中甲醇含量为37 wt. %，碳酸二甲酯含量为63 wt.%，操作压力为0.3MPa，萃取剂为乙二醇，萃取剂用量为130 kg/h，回流比为1.5，塔顶温度为120℃，塔底温度为200℃，萃取精馏段塔板数为35，精馏分离段塔板数为16。分离结果为：DMC的纯度为99.9%，回收率为99.9%，甲醇的纯度为99.7%，回收率为99.8%。
实施例4：采用如图1所示的分隔壁式精馏塔萃取精馏分离DMC和甲醇。工艺条件为：共沸混合液为300 kg/h，其中甲醇含量为37 wt. %，碳酸二甲酯含量为63 wt.%，操作压力为0.5MPa，萃取剂为乙二醇，萃取剂用量为130 kg/h，回流比为1.5，塔顶温度为120℃，塔底温度为200℃，萃取精馏段塔板数为40，精馏分离段塔板数为16。分离结果为：DMC的纯度为99.9%，回收率为99.8%，甲醇的纯度为99.7%，回收率为99.8%。
实施例5：采用如图1所示的分隔壁式精馏塔萃取精馏分离DMC和甲醇。工艺条件为：共沸混合液为300 kg/h，其中甲醇含量为37 wt. %，碳酸二甲酯含量为63 wt.%，操作压力为0.5MPa，萃取剂为乙二醇，萃取剂用量为130 kg/h，回流比为1.5，塔顶温度为130℃，塔底温度为210℃，萃取精馏段塔板数为40，精馏分离段塔板数为20。分离结果为：DMC的纯度为99.9%，回收率为99.9%，甲醇的纯度为99.7%，回收率为99.8%。
实施例6：采用如图1所示的分隔壁式精馏塔萃取精馏分离DMC和甲醇。工艺条件为：共沸混合液为300 kg/h，其中甲醇含量为37 wt. %，碳酸二甲酯含量为63 wt.%，操作压力为0.5MPa，萃取剂为苯，萃取剂用量为130 kg/h，回流比为1.5，塔顶温度为130℃，塔底温度为210℃，萃取精馏段塔板数为40，精馏分离段塔板数为20。分离结果为：DMC的纯度为99.7%，回收率为99.8%，甲醇的纯度为99.8%，回收率为99.9%。
实施例7：采用如图1所示的分隔壁式精馏塔萃取精馏分离DMC和甲醇。工艺条件为：共沸混合液为400 kg/h，其中甲醇含量为37 wt. %，碳酸二甲酯含量为63 wt.%，操作压力为0.5MPa，萃取剂为苯，萃取剂用量为230 kg/h，回流比为1.5，塔顶温度为60℃，塔底温度为250℃，萃取精馏段塔板数为30，精馏分离段塔板数为20。分离结果为：DMC的纯度为99.95%，回收率为99.9%，甲醇的纯度为99.9%，回收率为99.9%。
实施例8：采用如图1所示的分隔壁式精馏塔萃取精馏分离DMC和甲醇。工艺条件为：共沸混合液为250 kg/h，其中甲醇含量为50 wt. %，碳酸二甲酯含量为50 wt.%，操作压力为0.3MPa，萃取剂为苯，萃取剂用量为150 kg/h，回流比为1.5，塔顶温度为60℃，塔底温度为250℃，萃取精馏段塔板数为30，精馏分离段塔板数为20。分离结果为：DMC的纯度为99.9%，回收率为99.9%，甲醇的纯度为99.7%，回收率为99.8%。
实施例9：采用如图1所示的分隔壁式精馏塔萃取精馏分离DMC和甲醇。工艺条件为：共沸混合液为250 kg/h，其中甲醇含量为50 wt. %，碳酸二甲酯含量为50 wt.%，操作压力为0.5MPa，萃取剂为乙二醇，萃取剂用量为150 kg/h，回流比为2.0，塔顶温度为80℃，塔底温度为230℃，萃取精馏段塔板数为40，精馏分离段塔板数为20。分离结果为：DMC的纯度为99.97%，回收率为99.9%，甲醇的纯度为99.95%，回收率为99.9%。
比较例1：专利CN109422647 A，CN107915640 A等以离子液体作为萃取剂且分离装置是普通两塔精馏分离DMC和甲醇的共沸物。相较于该专利，本发明用的萃取剂价格更低、塔设备少，成本低。
比较例2：专利CN109053448 A等在混合液中加入有机碱、并通入高压CO2气体，经搅拌过滤先分离得到DMC，再进一步处理得到甲醇、有机碱和CO2等的分离方法。与该比较例相比，本发明单位时间处理量大，操作简单，DMC纯度和回收率也更高。