CN110981732A - 一种煤制乙二醇副产碳酸二甲酯的精制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤制乙二醇副产碳酸二甲酯的精制装置及方法,包括依次连接的原料罐、流量泵、预热器、固定床反应器I、固定床反应器II、换热器和产品罐。原料经原料预热、阴离子树脂吸附、阳离子树脂吸附,最终碳酸二甲酯含量大于99.9%。树脂失效后经过吹扫再生,未精制的原料冷却后返回原料罐能够循环使用。本发明具有操作弹性低,设备投资小,能耗低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤制乙二醇副产碳酸二甲酯的精制装置及方法,具体涉及一种操作弹性低,设备投资小,能耗低的方法。
背景技术
碳酸二甲酯,简称DMC,属于无毒或微毒化工产品,主要用于羰基化、甲基化及酯交换等反应生产多种化工产品,并且以DMC为原料可以开发出多种高附加值产品,在医药、农药、合成材料、染料等领域获得广泛的应用,此外,DMC还能用作汽、柴油添加剂,因此,DMC作为21世纪绿色环保的基础化工原料,有着广阔的应用领域和市场前景。
聚碳酸酯(PC)是一种综合性能较优的热塑性塑料,广泛的用于汽车、电子电气、建筑、包装、家庭用品等领域,每年PC的消耗量巨大。高品质PC更是应用于高、精、尖的行业,对原料DMC的含量要求大于99.9%以上,因此高纯度DMC研究精制势在必行。
国内煤制乙二醇大多数采用以煤为原料,通过气化、变换、净化及分离提纯、催化偶联、加氢获得聚酯级乙二醇。但是煤制乙二醇技术在实践的过程中,会产生大量的副产物DMC,如果将煤制乙二醇工艺中的副产DMC直接精制到大于99.9%以上,不只能降低生产成本,还会大幅提高生产效益。
目前,煤制乙二醇工艺上主要采用精馏塔加压精馏提纯DMC,该精制技术蒸汽消耗量较高并且所用设备压力以及温度要求也高,精馏后纯度较难达到99.9%。
本发明采用固定床反应器中对DMC进行提纯,低纯度的DMC通过树脂床层时,通过物理吸附、离子交换、氢键结合的方式去除杂质,使DMC的纯度大于99.9%,并且树脂能重复使用,树脂的再生仅通过氮气高温吹扫即可重复使用,未精制的物料能返回原料罐循环利用,操作弹性低、能耗小、使用效果好。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足,而提供一种煤制乙二醇副产碳酸二甲酯的精制装置及方法,是一种具有操作弹性低,设备投资小,能耗低等优点的煤制乙二醇副产碳酸二甲酯的精制方法,该工艺尤其适用于煤制乙二醇副产碳酸二甲酯精制装置。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明首先提供一种煤制乙二醇副产碳酸二甲酯的精制装置,包括依次连接的原料罐、流量泵、预热器、固定床反应器I、固定床反应器II、换热器和产品罐:
所述的原料罐,侧壁上部设有进料口A,与之相对称的另一侧壁的下部设有出料口A,其中:进料口A与能够提供原料的装置相连接;
所述的流量泵,设有泵进口和泵出口,其中:泵进口与原料罐的出料口A相连接;
所述的预热器,底部设有进料口B,顶部设有出料口B,其中:进料口B分为两路,一路与能够提供氮气的装置相连接,另一路与流量泵的泵出口相连接;
所述的固定床反应器I,底部设有进料口C,顶部设有出料口C,其中:进料口C与换热器的出料口B相连接;
所述的固定床反应器II,底部设有进料口D,顶部设有出料口D和排气孔,其中:进料口D与固定床反应器I的出料口C相连接,排气孔与氮气接收装置相连接;
所述的换热器,设有进料口E和出料口E,其中:进料口E与固定床反应器II的出料口D相连接;
所述的产品罐,设有采收口,采收口与换热器的出料口E相连接。
上述技术方案中,所述的换热器,出料口E还与原料罐的进料口A相连接,反应完毕后,氮气将固定床反应器I、固定床反应器II中未反应的原料顶出,经换热器换热后返回至原料罐中循环利用。
上述技术方案中,原料罐中装填有原料,原料为煤制乙二醇副产的碳酸二甲酯,其中:碳酸二甲酯含量为98-99.8%、甲醇含量0.1-2%,其他为杂质。
上述技术方案中,所述的固定床反应器I中装填有吸附树脂。
上述技术方案中,所述的固定床反应器II中装填有阳离子交换树脂。
上述技术方案中,所述的原料罐、流量泵、预热器、固定床反应器I、固定床反应器II、换热器和产品罐均可以为本领域或市售的普通装置。
本发明还提供一种煤制乙二醇副产碳酸二甲酯的精制方法,包括以下步骤:
(1)原料装填:将50份吸附树脂及50份阳离子交换树脂分别装填于固定床反应器I和II中;将来源于煤制乙二醇副产的碳酸二甲酯作为原料装填于原料罐中,且将原料罐的温度保持在5-35℃;
(2)预处理:打开预热器的进料口B、出料口B和固定床反应器I的进料口C、出料口C以及固定床反应器II的进料口D、排气孔,其他零部件的进料口和出料口均关闭;将氮气依次流经预热器、固定床反应器I和固定反应器II,利用氮气对固定床反应器I和固定反应器II进行吹扫,100-20000份氮气以1-20L/min的流量室温下吹扫5-30min;
(3)吸附:步骤(2)中氮气吹扫完毕后,停止氮气的提供、关闭排气孔、关闭原料罐的进料口A,同时打开其他零部件的进料口和出料口;原料罐中的原料依次流经流量泵、预热器后进入到固定床反应器I中,经固定床反应器I中的吸附树脂吸附后继续进入到固定床反应器II中,经固定床反应器II中的阳离子交换树脂吸附后得到碳酸二甲酯含量大于99.9%、甲醇含量小于200ppm的精制碳酸二甲酯产品;精制碳酸二甲产品由固定床反应器II的出料口D排出且经换热器换热冷却后导入产品罐中储存。
上述技术方案中,步骤(1)中,所述的吸附树脂为:苯乙烯与二乙稀苯的交联共聚体,丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯与甲基丙烯酸二乙酯的交联共聚体,丙烯酰胺类功能基团的共聚体中的任意一种、两种及以上以任意比例混合而成的混合树脂,优选为丙烯酰胺类功能基团的共聚体。
上述技术方案中,步骤(1)中,所述的阳离子交换树脂为:质量交换容量为0.5-15mmol/g、比表面积为10-100m2/g、孔径10-100nm的阳离子交换树脂,优选质量交换容量为4.0mmol/g、比表面积为45m2/g、孔径为30nm的阳离子交换树脂。
上述技术方案中,步骤(1)中,所述的煤制乙二醇副产的碳酸二甲酯,其中:碳酸二甲酯含量为98-99.8%,甲醇含量0.1-2%,其他为杂质。
上述技术方案中,步骤(1)中,所述的原料罐,温度优选保持在25℃。
上述技术方案中,步骤(2)中,所述的氮气,优选为15000份以1L/min的流量吹扫时间15min。
上述技术方案中,步骤(3)中,原料罐中的原料经预热器预热为45℃后再进入到固定床反应器I中。
上述技术方案中,步骤(3)中,所述的原料进入到固定床反应I和固定床反应器II的体积空速为1h-1(即每小时1倍树脂体积)。
上述技术方案中,步骤(3)中,所述的固定床反应器I的操作条件为:温度2-50℃、压力0.05-1MPa;所述的固定床反应器II的操作条件为:温度45℃、压力0.05MPa。
上述技术方案中,步骤(3)中,所述的精制碳酸二甲产品由固定床反应器II的出料口D排出且经换热器换热冷却至25℃后导入产品罐中储存。
上述技术方案中,步骤(3)中,当精制碳酸二甲酯产品的二甲酯含量小于99.9%、甲醇含量大于200ppm时,停止精制过程;关闭原料罐的出料口A、产品罐的采收口和固定床反应器II的排气孔,其他零部件的进料口和出料口均打开,将氮气依次流经预热器、固定床反应器I和固定反应器II,利用氮气将固定床反应器I和固定反应器II中未精制的原料顶出,未精制的原料经过换热器换热冷却至25℃后导入到原料罐中循环利用。
上述技术方案中,步骤(3)中,利用氮气将固定床反应器I和固定反应器II中未精制的原料顶出后,对固定床反应器I中的吸附树脂、固定反应器II中的阳离子交换树脂进行再生处理:打开预热器的进料口B、出料口B和固定床反应器I的进料口C、出料口C以及固定床反应器II的进料口D、排气孔,其他零部件的进料口和出料口均关闭;氮气经预热器预热至60-200℃后进入到固定床反应器I中对其内的吸附树脂进行吹扫,控制固定床反应器I内的温度为60-200℃、压力为0.05MPa,吹扫时间为0.5-10h;然后再将60-200℃的氮气通入到固定床反应器II中对其内的阳离子交换树脂进行吹扫处理,控制固定床反应器II内的温度为60-200℃、压力为0.05MPa,吹扫时间为0.5-10h;吹扫处理结束后,固定床反应器I中吸附树脂、固定反应器II中的阳离子交换树脂再生完毕。
上述技术方案中,氮气经预热器预热至105℃后再通入到固定床反应器I和固定床反应器II中;固定床反应器I中的温度优选为105℃,吹扫时间优选为4h;固定床反应器II中的温度优选为105℃,吹扫时间优选为4h。
本发明技术方案的优点在于:
(1)该工艺操作弹性低,设备投资小,能耗低;
(2)该工艺中DMC通过物理吸附、离子交换、氢键结合的方式去除杂质,使DMC的纯度大于99.9%;
(3)树脂的再生仅通过氮气高温吹扫即可重复使用,未精制的物料能返回原料罐循环利用。
附图说明
图1为本发明煤制乙二醇副产碳酸二甲酯的精制装置的整体结构示意图;
图2为本发明煤制乙二醇副产碳酸二甲酯的精制方法置的工艺流程图;
其中:1为原料罐;2为流量泵;3为预热器;4为固定床反应器I,5为固定床反应器II,6为换热器,7为产品罐。
具体实施方式
以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述,但本发明并不限于以下描述内容:
本发明提供一种煤制乙二醇副产碳酸二甲酯的精制装置,包括依次连接的原料罐1、流量泵2、预热器3、固定床反应器I 4、固定床反应器II 5、换热器6和产品罐7,如图1所示:
所述的原料罐1,侧壁上部设有进料口A,与之相对称的另一侧壁的下部设有出料口A,其中:进料口A与能够提供原料的装置相连接;
所述的流量泵2,设有泵进口和泵出口,其中:泵进口与原料罐的出料口A相连接;
所述的预热器3,底部设有进料口B,顶部设有出料口B,其中:进料口B分为两路,一路与能够提供氮气的装置相连接,另一路与流量泵的泵出口相连接;
所述的固定床反应器I 4,底部设有进料口C,顶部设有出料口C,其中:进料口C与换热器的出料口B相连接;
所述的固定床反应器II 5,底部设有进料口D,顶部设有出料口D和排气孔,其中:进料口D与固定床反应器I的出料口C相连接,排气孔与氮气接收装置相连接;
所述的换热器6,设有进料口E和出料口E,其中:进料口E与固定床反应器II的出料口D相连接;
所述的产品罐7,设有采收口,采收口与换热器的出料口E相连接。
优选的,所述的换热器,出料口E还与原料罐的进料口A相连接,反应完毕后,氮气将固定床反应器I、固定床反应器II中未反应的原料顶出,经换热器换热后返回至原料罐中循环利用;
优选的,原料罐中装填有原料,原料为煤制乙二醇副产的碳酸二甲酯,其中:碳酸二甲酯含量为98-99.8%、甲醇含量0.1-2%,其他为杂质;所述的固定床反应器I中装填有吸附树脂;所述的固定床反应器II中装填有阳离子交换树脂。
优选的,所述的原料罐、流量泵、预热器、固定床反应器I、固定床反应器II、换热器和产品罐均可以为本领域或市售的普通装置。
本发明还提供一种煤制乙二醇副产碳酸二甲酯的精制方法,如图2所示,包括以下步骤:
(1)原料装填:将50份吸附树脂及50份阳离子交换树脂分别装填于固定床反应器I和II中;将来源于煤制乙二醇副产的碳酸二甲酯作为原料装填于原料罐中,且将原料罐的温度保持在5-35℃;
(2)预处理:打开预热器的进料口B、出料口B和固定床反应器I的进料口C、出料口C以及固定床反应器II的进料口D、排气孔,其他零部件的进料口和出料口均关闭;将氮气依次流经预热器、固定床反应器I和固定反应器II,利用氮气对固定床反应器I和固定反应器II进行吹扫,100-20000份氮气以1-20L/min的流量室温下吹扫5-30min;
(3)吸附:步骤(2)中氮气吹扫完毕后,停止氮气的提供、关闭排气孔、关闭原料罐的进料口A,同时打开其他零部件的进料口和出料口;原料罐中的原料依次流经流量泵、预热器后进入到固定床反应器I中,经固定床反应器I中的吸附树脂吸附后继续进入到固定床反应器II中,经固定床反应器II中的阳离子交换树脂吸附后得到碳酸二甲酯含量大于99.9%、甲醇含量小于200ppm的精制碳酸二甲酯产品;精制碳酸二甲产品由固定床反应器II的出料口D排出且经换热器换热冷却后导入产品罐中储存。
下面结合具体的实施例对本发明进行阐述,本发明以下实施例中使用的装置的规格和物料如下所示:
1、装置:
预热器(0~100℃)
固定床反应器(Φ30mm)
换热器(0-25℃)
原料罐(50L)
2、主要物料
氮气
煤基乙二醇副产DMC(DMC含量为98-99.8%,甲醇含量0.1-2%)
凯瑞环保科技股份有限公司KC109型阳离子交换树脂
凯瑞环保科技股份有限公司KAD319型吸附树脂
实施例1:
一种煤制乙二醇副产碳酸二甲酯的精制方法,包括以下步骤:
(1)原料装填:将50份KAD319型吸附树脂装填于固定床反应器I中,将50份KC109型阳离子交换树脂装填于固定床反应器II中;将煤基乙二醇副产DMC(DMC含量为98-99.8%,甲醇含量0.1-2%)作为原料装填于原料罐中,且将原料罐的温度保持在25℃;
(2)预处理:打开预热器的进料口B、出料口B和固定床反应器I的进料口C、出料口C以及固定床反应器II的进料口D、排气孔,其他零部件的进料口和出料口均关闭;将氮气依次流经预热器、固定床反应器I和固定反应器II,利用氮气对固定床反应器I和固定反应器II进行吹扫,15000份氮气以1L/min室温下吹扫15min;
(3)吸附:步骤(2)中氮气吹扫完毕后,停止氮气的提供、关闭排气孔、关闭原料罐的进料口A,同时打开其他零部件的进料口和出料口;原料罐中的原料依次流经流量泵、预热器(温度45℃)后以1BV空速进入到固定床反应器I中(温度45℃、压力0.05MPa),经固定床反应器I中的吸附树脂吸附后继续以1BV空速进入到固定床反应器II中(温度45℃、压力0.05MPa),经固定床反应器II中的阳离子交换树脂吸附后得到碳酸二甲酯产品,色谱检测组分;精制碳酸二甲产品由固定床反应器II的出料口D排出且经换热器换热冷却至25℃后导入产品罐中储存。
色谱检测组分,当精制碳酸二甲酯产品的二甲酯含量小于99.9%、甲醇含量大于200ppm时,停止精制过程;关闭原料罐的出料口A、产品罐的采收口和固定床反应器II的排气孔,其他零部件的进料口和出料口均打开,将氮气依次流经预热器、固定床反应器I和固定反应器II,利用氮气将固定床反应器I和固定反应器II中未精制的原料顶出,未精制的原料经过换热器换热冷却至25℃后导入到原料罐中循环利用。然后对固定床反应器I中的吸附树脂、固定反应器II中的阳离子交换树脂进行再生处理:打开预热器的进料口B、出料口B和固定床反应器I的进料口C、出料口C以及固定床反应器II的进料口D、排气孔,其他零部件的进料口和出料口均关闭;氮气经预热器预热至105℃后进入到固定床反应器I中对其内的吸附树脂进行吹扫处理,控制固定床反应器I内的温度为105℃、压力为0.05MPa,吹扫时间为4h;然后再将105℃的氮气通入到固定床反应器II中对其内的阳离子交换树脂进行吹扫处理,控制固定床反应器II内的温度为105℃、压力为0.05MPa,吹扫时间为4h;吹扫处理结束后,固定床反应器I中吸附树脂、固定反应器II中的阳离子交换树脂再生完毕,再生完毕,进入下一使用周期,试验共计进行5个周期。
由上表可知,本发明所述精制工艺运行5个周期,具有以下效果:
(1)该工艺操作简单,能耗低,设备投资小,主要设备为固定床反应器;
(2)该工艺中DMC通过KAD319树脂吸附、与KAD319离子交换、氢键结合的方式去除杂质,最终使5个周期DMC的纯度均大于99.9%;
(3)树脂的再生仅通过氮气高温吹扫即可重复使用,未精制的物料能返回原料罐循环利用。
因此,本精制工艺为一种操作简单、能耗低、设备投资小、使用效果好的工艺。
上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰,都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种煤制乙二醇副产碳酸二甲酯的精制方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)原料装填:将50份吸附树脂及50份阳离子交换树脂分别装填于固定床反应器I和II中;将来源于煤制乙二醇副产的碳酸二甲酯作为原料装填于原料罐中,且将原料罐的温度保持在5-35℃;
(2)预处理:打开预热器的进料口B、出料口B和固定床反应器I的进料口C、出料口C以及固定床反应器II的进料口D、排气孔,其他零部件的进料口和出料口均关闭;将氮气依次流经预热器、固定床反应器I和固定反应器II,利用氮气对固定床反应器I和固定反应器II进行吹扫,100-20000份氮气以1-20L/min的流量室温下吹扫5-30min;
(3)吸附:步骤(2)中氮气吹扫完毕后,停止氮气的提供、关闭排气孔、关闭原料罐的进料口A,同时打开其他零部件的进料口和出料口;原料罐中的原料依次流经流量泵、预热器后进入到固定床反应器I中,经固定床反应器I中的吸附树脂吸附后继续进入到固定床反应器II中,经固定床反应器II中的阳离子交换树脂吸附后得到碳酸二甲酯含量大于99.9%、甲醇含量小于200ppm的精制碳酸二甲酯产品;精制碳酸二甲产品由固定床反应器II的出料口D排出且经换热器换热冷却后导入产品罐中储存。
2.根据权利要求1所述的精制方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的吸附树脂为:苯乙烯与二乙稀苯的交联共聚体,丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯与甲基丙烯酸二乙酯的交联共聚体,丙烯酰胺类功能基团的共聚体中的任意一种、两种及以上以任意比例混合而成的混合树脂。
3.根据权利要求1所述的精制方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的阳离子交换树脂为:质量交换容量为0.5-15mmol/g、比表面积为10-100m2/g、孔径10-100nm的阳离子交换树脂。
4.根据权利要求1所述的精制方法,其特征在于,步骤(1)中,所述的煤制乙二醇副产的碳酸二甲酯,其中:碳酸二甲酯含量为98-99.8%,甲醇含量0.1-2%,其他为杂质。
5.根据权利要求1所述的精制方法,其特征在于,步骤(3)中,原料罐中的原料经预热器预热为45℃后再进入到固定床反应器I中;所述的原料进入到固定床反应I和固定床反应器II的体积空速为1h-1。
6.根据权利要求1所述的精制方法,其特征在于,步骤(3)中,所述的固定床反应器I的操作条件为:温度2-50℃、压力0.05-1MPa;所述的固定床反应器II的操作条件为:温度45℃、压力0.05MPa;所述的精制碳酸二甲产品由固定床反应器II的出料口D排出且经换热器换热冷却至25℃后导入产品罐中储存。
7.根据权利要求1所述的精制方法,其特征在于,步骤(3)中,当精制碳酸二甲酯产品的二甲酯含量小于99.9%、甲醇含量大于200ppm时,停止精制过程;关闭原料罐的出料口A、产品罐的采收口和固定床反应器II的排气孔,其他零部件的进料口和出料口均打开,将氮气依次流经预热器、固定床反应器I和固定反应器II,利用氮气将固定床反应器I和固定反应器II中未精制的原料顶出,未精制的原料经过换热器换热冷却至25℃后导入到原料罐中循环利用。
8.根据权利要求1所述的精制方法,其特征在于,步骤(3)中,利用氮气将固定床反应器I和固定反应器II中未精制的原料顶出后,对固定床反应器I中的吸附树脂、固定反应器II中的阳离子交换树脂进行再生处理:打开预热器的进料口B、出料口B和固定床反应器I的进料口C、出料口C以及固定床反应器II的进料口D、排气孔,其他零部件的进料口和出料口均关闭;氮气经预热器预热至60-200℃后进入到固定床反应器I中对其内的吸附树脂进行吹扫,控制固定床反应器I内的温度为60-200℃、压力为0.05MPa,吹扫时间为0.5-10h;然后再将60-200℃的氮气通入到固定床反应器II中对其内的阳离子交换树脂进行吹扫处理,控制固定床反应器II内的温度为60-200℃、压力为0.05MPa,吹扫时间为0.5-10h;吹扫处理结束后,固定床反应器I中吸附树脂、固定反应器II中的阳离子交换树脂再生完毕。
9.一种煤制乙二醇副产碳酸二甲酯的精制装置,包括依次连接的原料罐(1)、流量泵(2)、预热器(3)、固定床反应器I(4)、固定床反应器II(5)、换热器(6)和产品罐(7),其特征在于:
所述的原料罐(1),侧壁上部设有进料口A,与之相对称的另一侧壁的下部设有出料口A,其中:进料口A与能够提供原料的装置相连接;
所述的流量泵(2),设有泵进口和泵出口,其中:泵进口与原料罐的出料口A相连接;
所述的预热器(3),底部设有进料口B,顶部设有出料口B,其中:进料口B分为两路,一路与能够提供氮气的装置相连接,另一路与流量泵的泵出口相连接;
所述的固定床反应器I(4),底部设有进料口C,顶部设有出料口C,其中:进料口C与换热器的出料口B相连接;
所述的固定床反应器II(5),底部设有进料口D,顶部设有出料口D和排气孔,其中:进料口D与固定床反应器I的出料口C相连接,排气孔与氮气接收装置相连接;
所述的换热器(6),设有进料口E和出料口E,其中:进料口E与固定床反应器II的出料口D相连接;
所述的产品罐(7),设有采收口,采收口与换热器的出料口E相连接;
所述的换热器,出料口E还与原料罐的进料口A相连接,反应完毕后,氮气将固定床反应器I、固定床反应器II中未反应的原料顶出,经换热器换热后返回至原料罐中循环利用。
10.根据权利要求9所述的精制装置,其特征在于:原料罐中装填有原料,原料为煤制乙二醇副产的碳酸二甲酯,其中:碳酸二甲酯含量为98-99.8%、甲醇含量0.1-2%,其他为杂质;所述的固定床反应器I中装填有吸附树脂;所述的固定床反应器II中装填有阳离子交换树脂。
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