一種尿素和甲醇聯產氨和碳酸二甲酯的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及碳酸二甲酯制備領域，尤其是涉及一種尿素和甲醇聯產氨和碳酸二甲酯的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]碳酸二甲酯(DMC)是具有廣泛用途的“綠色”化工產品，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)模生產和應用。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行酯交換生產DMC的技術路線。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體系復雜，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，用反應精餾技術聯產氨和碳酸二甲酯，在公開號為CN1597096A的中國專利中進一步說明了反應段的催化劑類型。上述兩篇專利中反應產物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料，為保證尿素的轉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碳酸二甲酯的反應精餾塔，該專利在進料方式上作出改進，將甲醇與尿素分別進料，但沒有設提餾段，反應產物DMC仍從反應區(qū)的上部側線采出，產品純度仍受到限制，另外反應區(qū)下部需要采用列管結構和循環(huán)冷卻介質控制反應溫度，嚴格意義上，這里所采用方法并非反應與精餾分離偶聯的反應精餾技術。
[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，其采用催化精餾塔不能起到反應與精餾過程的耦聯作用，而且兩種主要反應產物DMC和水都從塔底采出，反應精餾的意義只是為了移除反應熱量，控制反應溫度，對反應速度和效率沒有什么作用。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種尿素和甲醇聯產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方案來實現:
[0008]—種尿素和甲醇聯產氨和碳酸二甲酯的裝置，包括反應精餾塔，所述反應精餾塔包括精餾段，反應段和提餾段，所述反應段位于反應精餾塔中部，精餾段位于反應精餾塔上部，提餾段位于反應精餾塔下部，所述反應段裝填有反應催化劑，所述精餾段和提餾段裝填有傳質填料，在所述反應段上方開設尿素進料口，在所述反應段下方開設甲醇進料口，在所述精餾段的上方設置氨的采出口，在所述提餾段的下方設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，所述氨的采出口設置在所述回流罐底部，或設置在所述冷凝器的頂部。塔頂產品為副產的氨和剩余甲醇。
[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置在所述塔釜的底部。
[0011]所述反應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填料為規(guī)整填料。
[0012]采用上述裝置進行尿素和甲醇聯產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料口進入反應精餾塔，在反應精餾塔內，尿素向下，甲醇向上流經反應段，并在反應段發(fā)生催化反應，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段進入精餾段，從精餾段頂部排出，碳酸二甲酯以液體形式向下穿過反應段進入提餾段，再進入塔釜，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入塔頂冷凝器，再經過冷凝液管線進入回流罐，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入塔底再沸器，產生塔底蒸汽，再通過再沸管線回到提餾段，剩余部分作為碳酸二甲酯產品采出。
[0017]所述氨產品中的碳酸二甲酯含量小于lOOppmw，所述碳酸二甲酯產品中的氨含量小于lOOppmw。所述碳酸二甲酯產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，氧化鋅質量分數為30_80wt%，氧化鉀質量分數為0-5.0wt%，氧化鋁質量分數為65-20wt%。
[0022]與現有技術相比，本發(fā)明使用尿素和甲醇聯產氨和碳酸二甲酯，反應精餾塔內，尿素向下，甲醇向上流經反應段，并在反應段發(fā)生催化反應，逆向流動的尿素、甲醇在反應段濃度增減互現，確保反應段不同區(qū)域的反應速率的相對均衡，由于反應消耗甲醇增加DMC，從而打破了甲醇-DMC共沸物濃度組成，提高了甲醇的轉化率，降低甲醇的通入比例，并直接得到高純度的DMC產品，從而大幅減小過程能耗。
【附圖說明】
[0023]圖1為尿素和甲醇聯產氨和碳酸二甲酯的裝置結構示意圖。
[0024]圖中標記:1、尿素進料口 ；2、甲醇進料口 ；3、反應精餾塔；31、反應段；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、塔頂液體產品；11、塔頂氣體產品；12、塔底再沸器；13、再沸管線；14、塔底產品O
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0026]實施例1
[0027]—種尿素和甲醇聯產氨和碳酸二甲酯的裝置，如圖1所示，包括反應精餾塔3，其中，反應精餾塔3包括精餾段32、反應段31、提餾段33和塔釜34，反應段31位于反應精餾塔3中部，在反應段31上方開設尿素進料口 I，在反應段32下方開設甲醇進料口 2，精餾段32位于反應精餾塔3上部，提餾段33位于反應精餾塔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品11的采集口，回流罐8的底部為塔頂液體產品10的采集口，可以根據需要對塔頂產品采用液體產品形式進行采集或采用氣體產品形式進行采集。塔釜34的底部為塔底產品14的采集口。
[0028]其中，塔頂產品主要為副產的氨和剩余甲醇，塔底產品主要為碳酸二甲酯。
[0029]采用上述裝置進行反應時，反應段上方加入尿素每小時1.5kmol，反應段下方加入甲醇每小時3.6kmol，塔底產品每小時1.49kmol，其中碳酸二甲