碳酸丙烯酯与碳酸二甲酯的制造方法与制造装置与流程

本发明涉及一种碳酸丙烯酯与碳酸二甲酯的制造方法与制造装置，尤其涉及一种以尿素间接醇解法制造碳酸丙烯酯与碳酸二甲酯的方法与装置。

背景技术：

碳酸二甲酯(dimethylcarbonate；dmc)是一种低毒性、低污染、对环境友好的基础化工原料。碳酸二甲酯可进行羰基化、甲基化、甲酯化以及酯交换等反应，而生成许多重要的化工产品。另一方面，以碳酸二甲酯为原料可以开发与制备多种高附加价值的精密化学品，而在医药、农业、染料、润滑油添加剂、食品增香剂与电子化学品等领域获得广泛的应用。如此一来，如何以低制造成本以及高转化率的方法及装置制造碳酸二甲酯成为本领域重要的课题之一。

技术实现要素：

本发明提供一种碳酸丙烯酯的制造方法与一种碳酸丙烯酯的制造装置，具有较高的产物转化率与较低的制造成本。

本发明提供一种碳酸二甲酯的制造方法与一种碳酸二甲酯的制造装置，具有较高的产物转化率与较低的制造成本。

本发明的碳酸丙烯酯的制造方法包括下列步骤。使尿素与过量丙二醇分别进入蒸馏系统的第一部分，以使尿素与丙二醇在第一部分中进行反应与分离而形成包括氨气的第一产物与包括丙二醇及碳酸丙烯酯的第二产物。使第二产物进入蒸馏系统的第二部分，以使第二产物分离而形成包括丙二醇的第三产物与包括碳酸丙烯酯的第四产物。第一部分与第二部分为互相连接的两个蒸馏塔。

在本发明的一实施例中，上述的第一部分为第一反应蒸馏塔且第二部分为第一蒸馏塔。第一产物以及第二产物分别为反应蒸馏塔的塔顶产物与塔底产物。第三产物与第四产物分别为第一蒸馏塔的塔顶产物与塔底产物。

在本发明的一实施例中，上述的碳酸丙烯酯的制造方法还包括使第一反应蒸馏塔的塔底液体与第一蒸馏塔的塔顶气体在第一热交换装置中进行热交换后，分别回流至第一反应蒸馏塔的塔底与第一蒸馏塔的塔顶。

在本发明的一实施例中，上述的第一蒸馏塔可包括上段塔、下段塔以及气体压缩装置，以使下段塔的塔顶气体进入气体压缩装置以产生压缩产物，且使压缩产物进入上段塔而产生上段塔的塔顶产物。上段塔的塔顶产物即为第一蒸馏塔的塔顶产物。

在本发明的一实施例中，上述的第一反应蒸馏塔的塔底液体与上述的上段塔的塔顶气体可在第一热交换装置中进行热交换后，分别回流至第一反应蒸馏塔的塔底与第一蒸馏塔的上段塔的塔顶。

在本发明的一实施例中，上述的上段塔的塔顶中的部分气体与上述的下段塔的塔底液体在第二热交换装置中进行热交换后，分别回流至上段塔的塔顶与下段塔的塔底。

本发明的碳酸二甲酯的制造方法包括下列步骤。使过量甲醇以及上述的第四产物进入第二反应蒸馏塔，以使甲醇与第四产物中的碳酸丙烯酯在第二反应蒸馏塔中进行反应与分离，而在第二反应蒸馏塔的顶部形成包括甲醇与碳酸二甲酯的第五产物。使第五产物以及萃取剂进入第二蒸馏塔，以在第二蒸馏塔的顶部与底部分别形成包括甲醇的第六产物与包括碳酸二甲酯的第七产物。

在本发明的一实施例中，上述的第七产物还包括萃取剂，且碳酸二甲酯的制造方法还包括使第七产物进入第三蒸馏塔，以使第七产物中的碳酸二甲酯与萃取剂在第三蒸馏塔中分离而形成包括碳酸二甲酯的第八产物与包括萃取剂的第九产物。

本发明的碳酸丙烯酯的制造装置包括蒸馏系统。蒸馏系统具有第一部分与第二部分。第一部分与第二部分为互相连接的两个蒸馏塔。尿素与过量丙二醇在第一部分中进行反应与分离而形成包括氨气的第一产物以及包括丙二醇与碳酸丙烯酯的第二产物。第二产物中的丙二醇与碳酸丙烯酯进入第二部分而分离以形成包括丙二醇的第三产物以及包括碳酸丙烯酯的第四产物。

在本发明的一实施例中，上述的第一部分为第一反应蒸馏塔且第二部分为第一蒸馏塔。第一产物以及第二产物分别为反应蒸馏塔的塔顶产物与塔底产物。第三产物与第四产物分别为第一蒸馏塔的塔顶产物与塔底产物。

在本发明的一实施例中，上述的碳酸丙烯酯的制造装置还包括第一热交换装置。第一热交换装置连接于第一反应蒸馏塔与第一蒸馏塔之间，以使第一反应蒸馏塔的塔底液体与第一蒸馏塔的塔顶气体在第一热交换装置中进行热交换后，分别回流至第一反应蒸馏塔的塔底与第一蒸馏塔的塔顶。

在本发明的一实施例中，上述的第一蒸馏塔可包括上段塔、下段塔以及气体压缩装置。气体压缩装置连接于上段塔与下段塔之间，以使下段塔的塔顶气体进入气体压缩装置以产生压缩产物，且使压缩产物进入上段塔的塔底而产生上段塔的塔顶产物。上段塔的塔顶产物即为第一蒸馏塔的塔顶产物。

在本发明的一实施例中，上述的第一反应蒸馏塔的塔底液体与上述的上段塔的塔顶气体可在第一热交换装置中进行热交换后，分别回流至第一反应蒸馏塔的塔底与第一蒸馏塔的上段塔的塔顶。

在本发明的一实施例中，上述的碳酸丙烯酯的制造装置还可包括第二热交换装置。上段塔的塔顶中的部分气体与下段塔的塔底液体在第二热交换装置中进行热交换后，分别回流至上段塔的塔顶与下段塔的塔底。

本发明的碳酸二甲酯的制造装置包括上述的蒸馏系统、第二反应蒸馏塔以及第二蒸馏塔。甲醇以及上述的第四产物中的碳酸丙烯酯在第二反应蒸馏塔中进行反应与分离，而在第二反应蒸馏塔的顶部形成包括甲醇与碳酸二甲酯的第五产物。第五产物与萃取剂在第二蒸馏塔中分离而形成包括甲醇的第六产物以及包括碳酸二甲酯的第七产物。

在本发明的一实施例中，上述的第七产物还包括所述萃取剂，且碳酸二甲酯的制造装置还包括第三蒸馏塔。第七产物中的碳酸二甲酯与萃取剂在第三蒸馏塔中分离而形成包括碳酸二甲酯的第八产物与包括所述萃取剂的第九产物。

基于上述，尿素与过量丙二醇分别进入碳酸丙烯酯的制造装置的蒸馏系统，以进行反应而产生碳酸丙烯酯。除此之外，丙二醇与作为产物的碳酸丙烯酯更可在蒸馏系统中分离。因此，可提高作为产物的碳酸丙烯酯的纯度，且可提高碳酸丙烯酯的转化率。如此一来，以较高纯度的碳酸丙烯酯作为反应物来制造碳酸二甲酯的方法及装置亦可具有较高的产物转化率。

在一些实施例中，碳酸丙烯酯的蒸馏系统可包括两个相互连接的第一反应蒸馏塔与第一蒸馏塔。此外，可通过设置连接于第一反应蒸馏塔与第一蒸馏塔之间的第一热交换装置，而可利用第一蒸馏塔的塔顶的热能来加热第一反应蒸馏塔的塔底，故可降第一反应蒸馏塔所需的能耗。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1a是依照本发明第一实施例的一种碳酸丙烯酯与碳酸二甲酯的制造方法的流程图；

图1b是依照本发明第一实施例的一种碳酸丙烯酯与碳酸二甲酯的制造装置的示意图；

图2a至图2c是依照本发明第二实施例的碳酸丙烯酯的制造装置的示意图。

具体实施方式

图1a是依照本发明第一实施例的一种碳酸丙烯酯与碳酸二甲酯的制造方法的流程图。图1b是依照本发明第一实施例的一种碳酸丙烯酯与碳酸二甲酯的制造装置的示意图。

碳酸二甲酯的制造方法包括先制造碳酸丙烯酯，且接着以此碳酸丙烯酯制造碳酸二甲酯。换言之，碳酸二甲酯的制造方法包括碳酸丙烯酯的制造方法。相似地，碳酸二甲酯的制造装置包括碳酸丙烯酯的制造装置。

本实施例的碳酸丙烯酯的制造方法是通过如图1b所示的碳酸丙烯酯的制造装置10进行下列步骤s100至步骤s104。

请参照图1a与图1b，进行步骤s100，使二氧化碳与氨气在反应系统100中进行反应以产生尿素。除此之外，二氧化碳与氨气的反应产物更可包括水。产物的水可由出口101排出。

进行步骤s102，使尿素与过量丙二醇分别进入蒸馏系统102的第一部分102a。蒸馏系统102包括第一部分102a与第二部分102b。在一些实施例中，蒸馏系统102的第一部分102a与第二部分102b分别为第一反应蒸馏塔104与第一蒸馏塔114。第一反应蒸馏塔104与第一蒸馏塔114互相连接。第一反应蒸馏塔104中(例如是图1b所示的第一反应蒸馏塔104中的斜线区域)可设置有触媒。举例而言，触媒的材料可包括氯化锌、氧化锌、氧化镁、氧化铅、氧化钙等金属氧化物。尿素与丙二醇在第一部分102a(亦即第一反应蒸馏塔104)中进行反应与分离而形成包括氨气的第一产物与包括丙二醇及碳酸丙烯酯的第二产物。第一产物可为第一反应蒸馏塔104的塔顶产物，且可自第一反应蒸馏塔104的塔顶流至部分冷凝器(partialcondenser)106。氨气可由部份冷凝器106回流至反应系统100中，以循环利用。微量丙二醇与碳酸丙烯酯经部份冷凝器106冷凝成液体后存储于回流槽108中，且可回流至第一反应蒸馏塔104。第二产物可为第一反应蒸馏塔104的塔底产物，且可进入再沸器110。第二产物于再沸器110中加热后，可部分回流至第一反应蒸馏塔104中。

进行步骤s104，使部分的第二产物进入蒸馏系统102的第二部分102b。第二产物在第二部分102b(亦即第一蒸馏塔114)中进行分离而形成包括丙二醇的第三产物与包括碳酸丙烯酯的第四产物。在一些实施例中，第三产物为第一蒸馏塔114的塔顶产物，且可自第一蒸馏塔114的塔顶流至冷凝器116。第三产物在冷凝器116中冷凝后可存储于回流槽118中。回流槽118中冷凝的第三产物可回流至第一蒸馏塔114，且可回流至第一反应蒸馏塔104中，以循环利用。在一些实施例中，部分来自回流槽118的丙二醇可与反应系统100产生的尿素经由相同的进料口进料至第一反应蒸馏塔104，且另一部分的来自回流槽118的丙二醇可经由另一进料口进料至第一反应蒸馏塔104。第四产物为第一蒸馏塔114的塔底产物，且可进入再沸器120。第四产物于再沸器120中加热后，一部分的第四产物可回流至第一蒸馏塔114中。此外，另一部分的第四产物中的碳酸丙烯酯可作为本实施例的碳酸丙烯酯的制造方法的产物。

丙二醇与碳酸丙烯酯在低压力(例如是压力小于0.12atm)的环境下容易产生共沸物，而难以将两者分离。因此，在一些实施例中，可提高第一蒸馏塔114的压力以避免丙二醇与碳酸丙烯酯在第一蒸馏塔114的塔顶形成共沸物。

本实施例的碳酸二甲酯的制造方法包括上述的步骤s100至步骤s104，且更包括以步骤s104所得到的第四产物接着进行如下所述的步骤s106至步骤s110。

进行步骤s106，使过量甲醇以及部分的第四产物进入第二反应蒸馏塔124。第二反应蒸馏塔124中(例如是图1b所示的第二反应蒸馏塔124中的斜线区域)可设置有触媒。举例而言，触媒的材料可包括甲醇钠(odiummethoxide)或有机非离子超强碱(proazaphosphatrane)等。甲醇与第四产物中的碳酸丙烯酯在第二反应蒸馏塔124中进行反应与分离，而在第二反应蒸馏塔124的顶部形成包括甲醇与碳酸二甲酯的第五产物。第五产物可自第二反应蒸馏塔124的顶部流至冷凝器126。第五产物在冷凝器126中冷凝后可存储于回流槽128中。回流槽128中冷凝的甲醇与碳酸二甲酯可部分回流至第二反应蒸馏塔124。在一些实施例中，第四产物更可包括少量的丙二醇。如此一来，第四产物中的丙二醇可在第二反应蒸馏塔124的底部形成塔底产物，且可进入再沸器130。一部分的第二反应蒸馏塔124的塔底产物于再沸器130中加热后，可回流至第二反应蒸馏塔124。此外，另一部分的第二反应蒸馏塔124的塔底产物可回流至第一反应蒸馏塔104中，以循环利用。

进行步骤s108，使部分的第五产物以及萃取剂进入第二蒸馏塔134。第五产物中的甲醇与碳酸二甲酯可形成共沸物。萃取剂可经应用以改变甲醇与碳酸二甲酯的相对挥发度，亦即可分离第五产物中的甲醇与碳酸二甲酯。举例而言，萃取剂可包括苯酚、苯胺、乙二醇单乙醚或4-甲基-2-戊酮等。如此一来，第五产物可在第二蒸馏塔134中分离而形成包括甲醇的第六产物以及包括碳酸二甲酯的第七产物。第六产物可为第二蒸馏塔134的塔顶产物，且可自第二蒸馏塔134的顶部流至冷凝器136。第六产物在冷凝器136中冷凝后可存储于回流槽138。回流槽138中冷凝的甲醇可部分回流至第二蒸馏塔134，且可部分回流至第二反应蒸馏塔124以循环利用。第七产物可为第二蒸馏塔134的塔底产物，且可进入再沸器140。第七产物于再沸器140中加热后，可部分回流至第二蒸馏塔134中。

可进行步骤s110，使第七产物进入第三蒸馏塔144。在一些实施例中，第七产物更可包括萃取剂。第七产物中的碳酸二甲酯与萃取剂可在第三蒸馏塔144中分离而形成包括碳酸二甲指的第八产物与包括萃取剂的第九产物。第八产物可为第三蒸馏塔144的塔顶产物，且可自第三蒸馏塔144的顶部流至冷凝器146。第八产物中的碳酸二甲酯经冷凝后可存储于回流槽148中。回流槽148中冷凝的碳酸二甲酯可部分回流至第三蒸馏塔144，且另一部分的碳酸二甲酯可作为本实施例的碳酸二甲酯的制造方法的产物。第九产物可为第三蒸馏塔144的塔底产物，且可部分回流至第二蒸馏塔134以循环利用，而另一部份可进入再沸器150且回流至第三蒸馏塔144中。

接下来，将以图1b来说明本实施例的碳酸丙烯酯的制造装置10与碳酸二甲酯的制造装置10a。

本实施例的碳酸丙烯酯的制造装置10包括蒸馏系统102，且更可包括反应系统100。二氧化碳与氨气可在反应系统100中进行反应以产生尿素。丙二醇以及上述反应系统100中所产生的尿素可作为蒸馏系统102的进料。蒸馏系统102包括第一部分102a与第二部分102b。在一些实施例中，第一部分102a与第二部分102b分别为互相连接的第一反应蒸馏塔104与第一蒸馏塔114。尿素与过量丙二醇在第一反应蒸馏塔104中进行反应与分离而形成包括氨气的第一产物以及包括丙二醇与碳酸丙烯酯的第二产物。第一产物可为第一反应蒸馏塔104的塔顶产物，且第二产物可为第一反应蒸馏塔104的塔底产物。第二产物进入第一蒸馏塔114而分离以形成包括丙二醇的第三产物以及包括碳酸丙烯酯的第四产物。第三产物可为第一蒸馏塔114的塔顶产物，且第四产物可为第一蒸馏塔114的塔底产物。

本实施例的碳酸二甲酯的制造装置10a包括碳酸丙烯酯的制造装置10，且更包括第二反应蒸馏塔124以及第二蒸馏塔134。甲醇以及上述的第四产物在第二反应蒸馏塔124中进行反应与分离，而在第二反应蒸馏塔124的顶部形成包括甲醇与碳酸二甲酯的第五产物。第五产物在具有萃取剂的第二蒸馏塔134中分离而形成包括甲醇的第六产物以及包括碳酸二甲酯的第七产物。

在一些实施例中，第七产物更可包括萃取剂。此外，碳酸二甲酯的制造装置10a更可包括第三蒸馏塔144。第七产物中的碳酸二甲酯与萃取剂在第三蒸馏塔144中分离而形成包括碳酸二甲酯的第八产物与包括萃取剂的第九产物。

基于上述，尿素与丙二醇分别进入碳酸丙烯酯的制造装置10的蒸馏系统102，以进行反应而产生碳酸丙烯酯。除此之外，丙二醇与作为产物的碳酸丙烯酯更可在蒸馏系统102中分离。因此，可提高作为产物的碳酸丙烯酯的纯度，且可使本实施例的碳酸丙烯酯的制造方法及制造装置具有较高的产物转化率。如此一来，以较高纯度的碳酸丙烯酯作为反应物制造碳酸二甲酯的方法及装置亦可具有较高的产物转化率。

接下来，将以图2a至图2c说明本发明第二实施例至第四实施例的碳酸丙烯酯的制造方法及制造装置。图2至图4中与图1b相同或相似的构件以相同的标号进行说明，且对于其功效或作用在此不再赘述。此外，以简洁起见，图2至图4省略显示反应系统100。

图2a至图2c是依照本发明第二实施例的碳酸丙烯酯的制造装置的示意图。

请参照图1a、图1b以及图2a，第二实施例的碳酸丙烯酯的制造方法与第一实施例的碳酸丙烯酯的制造方法相似。两者的差异在于本实施例的碳酸丙烯酯的制造方法更包括使第一反应蒸馏塔104的塔底液体与第一蒸馏塔114的塔顶气体在第一热交换装置112中进行热交换后，分别回流至第一反应蒸馏塔104的塔底与第一蒸馏塔114的塔顶。

在一些实施例中，第一反应蒸馏塔104的液态的塔底产物(亦即第二产物)可自第一反应蒸馏塔104的塔底分别流至再沸器110、第一蒸馏塔114以及第一热交换装置112。此外，气态的第一蒸馏塔114的塔顶产物(亦即第三产物)可自第一蒸馏塔114的顶部流至第一热交换装置112，且在第一热交换装置112中与第一反应蒸馏塔104的液态的塔底产物进行热交换。第一反应蒸馏塔104的液态的塔底产物经加热后可回流至第一反应蒸馏塔104中，以提供第一反应蒸馏塔104所需的部分热能。因此，可降低再沸器110所需的能耗。在其他实施例中，第一蒸馏塔114的塔顶气体甚至可提供第一反应蒸馏塔104所需的全部热能，故可省略设置用以加热第一反应蒸馏塔104的再沸器110。另一方面，第一蒸馏塔114的气态的塔顶产物可在第一热交换装置112中经冷凝后进入回流槽118，故可省略设置用以将第一蒸馏塔114的塔顶产物冷凝的冷凝器。

请参照图1b与图2a，本实施例的碳酸丙烯酯的制造装置20a与第一实施例的碳酸丙烯酯的制造装置10相似。两者的差异在于本实施例的碳酸丙烯酯的制造装置20a更包括第一热交换装置112。第一热交换装置112连接于第一反应蒸馏塔104与第一蒸馏塔114之间，以使第一反应蒸馏塔104中的液体与第一蒸馏塔114中的气体在第一热交换装置112中进行热交换后，分别回流至第一反应蒸馏塔104与第一蒸馏塔114。

请参照图2b，在一些实施例中，碳酸丙烯酯的制造装置20b的第一蒸馏塔114更可包括上段塔114a、下段塔114b以及气体压缩装置114c。气体压缩装置114c连接于上段塔114a与下段塔114b之间，以使下段塔114b中的气体进入气体压缩装置114c以产生压缩产物，且使此压缩产物进入上段塔114a而产生第一蒸馏塔114的塔顶产物。气体压缩装置114c可提高气体的温度与压力，故上段塔114a的温度与压力均可高于下段塔114b的温度与压力。如此一来，可避免丙二醇与碳酸丙烯酯在上段塔114a形成共沸物，且可使下段塔114b维持在相对低的温度与压力，而可降低再沸器120的能耗。

此外，上段塔114a的塔顶气体与第一反应蒸馏塔104的塔底液体在第一热交换装置112中进行热交换后，分别回流至上段塔114a的塔顶与第一反应蒸馏塔104的塔底。由于上段塔114a具有相对高的温度与压力，故第一反应蒸馏塔104可通过热交换而从第一蒸馏塔114的上段塔114b得到更多的热能。因此，可降低再沸器110所需的能耗。

请参照图2c，在一些实施例中，碳酸丙烯酯的制造装置20c更可包括第二热交换装置113。第一蒸馏塔114的上段塔114a的塔顶中的部分气体与下段塔114b的塔底液体可在第二热交换装置113中进行热交换后，分别回流至上段塔114a的塔顶与下段塔114b的塔底。如此一来，下段塔114b可通过热交换而从上段塔114a得到足够的热能，故可省略设置再沸器120。

综上所述，尿素与过量丙二醇分别进入碳酸丙烯酯的制造装置的蒸馏系统，以进行反应而产生碳酸丙烯酯。除此之外，丙二醇与作为产物的碳酸丙烯酯更可在蒸馏系统中分离。因此，可提高作为产物的碳酸丙烯酯的纯度，且可提高碳酸丙烯酯的转化率。如此一来，以较高纯度的碳酸丙烯酯作为反应物来制造碳酸二甲酯的方法及装置亦可具有较高的产物转化率。

在一些实施例中，碳酸丙烯酯的蒸馏系统可包括两个相互连接的第一反应蒸馏塔与第一蒸馏塔。此外，可通过设置连接于第一反应蒸馏塔与第一蒸馏塔之间的第一热交换装置，而可利用第一蒸馏塔的塔顶的热能来加热第一反应蒸馏塔的塔底，故可降第一反应蒸馏塔所需的能耗。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书所界定的为准。