本发明涉及一种化工产品的生产装置及其使用方法，特别是涉及酯交换法生产碳酸二甲酯的生产装置及其使用方法。
背景技术：
碳酸二甲酯（dcm）是一种基础有机化工原料，被称为面向21世纪的绿色有机化学品。生产碳酸二甲酯的方法有甲醇光气法、甲醇钠光气法、甲醇氧化羟基化法、甲醇与一氧化碳电化学反应法、二氧化碳与甲醇超临界合成法、尿素醇解法、酯交换法等。上述方法一些已形成工业化，一些尚在研发和探索中。
采用环氧丙烷或环氧乙烷和二氧化碳为原料在催化剂作用下合成碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯，再使碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯与甲醇进行酯交换反应得到碳酸二甲酯并副产丙二醇或乙二醇是目前国内采用较多的碳酸二甲酯工业化生产方法。与其他生产方法相比，酯交换法生产碳酸二甲酯，所用原料较便宜，毒性小，副产物丙二醇或乙二醇也有很好的应用。碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯与甲醇的酯交换反应是可逆反应，传统的生产方法是使反应在反应精馏塔内进行，为追求较高的碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯转化率，采用甲醇大量过量操作，这些过量的甲醇回收能量消耗高，装置生产效率低，且操作控制复杂。
开发新的酯交换反应装置，对传统的酯交换法碳酸二甲酯生产过程进行技术提升和创新，降低生产过程的能量消耗，进而降低生产成本和提高产品质量及方便操作具有重要意义。
技术实现要素：
本发明采用两级管式反应器进行酯交换反应，结合可逆反应的特点，合理设置原料碳酸乙烯酯与甲醇的加料位置与方式，强化待反应物料的混合传质，形成新的碳酸二甲酯生产装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种酯交换法碳酸二甲酯的生产装置，所述装置包括：
第1酯交换反应器、产物分离塔、第二酯交换反应器、甲醇回收塔、加压分离塔、常压分离塔、丙二醇脱轻塔、丙二醇精馏塔及附属原料罐、产品罐、中间罐、冷凝器、再沸器、物料输送装置、设备间连接管线、控制与显示仪表及附件。第1酯交换反应器和第2酯交换反应器为带或不带夹套的管式反应器，反应管内设置或不设置对介质起混合作用的动、静态扰流元件。
第1酯交换反应器设有物料碳酸丙烯酯、循环甲醇、甲醇、催化剂入口及一次反应物料出口；产物分离塔设有一次反应物料入口、塔顶常压产物出口和塔釜物料出口；第2酯交换反应器设有甲醇入口、来自产物分离塔塔釜物料入口和二次反应物料出口；甲醇回收塔设有二次反应物料入口、塔顶回收甲醇与共沸物出口和塔釜物料出口；加压分离塔设有常压共沸物料入口、塔顶加压共沸物出口和塔釜碳酸二甲酯出口；常压分离塔设有加压共沸物料入口、塔顶常压共沸物出口和塔釜循环甲醇出口；丙二醇脱轻塔设有物料入口、塔顶轻组分出口和塔釜物料出口；丙二醇精馏塔设有物料入口、塔顶丙二醇出口、塔釜未转化碳酸丙烯酯和催化剂出口。
第1酯交换反应器一次反应物料出口与产物分离塔一次反应物料入口经管线连通；产物分离塔塔顶的常压产物出口与加压分离塔的常压共沸物料入口或与常压分离塔加压共沸物入口经管线连通，产物分离塔塔釜物料出口与第2酯交换反应器物料入口经管线连通；第2酯交换反应器二次反应物料出口与甲醇回收塔的二次反应物料入口经管线连通；甲醇回收塔塔顶回收甲醇和共沸物出口与常压分离塔的加压共沸物料入口或与产物分离塔一次反应物料入口或与加压分离塔的常压共沸物入口经管线连通，甲醇回收塔塔釜物料出口与丙二醇脱轻塔的物料入口经管线连通；加压分离塔塔顶加压共沸物出口与常压分离塔的加压共沸物入口经管线连通；常压分离塔塔顶的常压共沸物出口与加压分离塔的常压共沸物料入口经管线连接，常压分离塔塔釜循环甲醇出口与第一酯交换反应器循环甲醇入口经管线连通；丙二醇脱轻塔塔釜物料出口与丙二醇精馏塔物料入口经管线连通，丙二醇精馏塔塔釜物料出口与第1酯交换反应器物料入口经管线连通。
一种酯交换法碳酸二甲酯生产装置使用方法，所述方法包括：
a.甲醇、循环甲醇、碳酸丙烯酯、催化剂进第1酯交换反应器边流动，边混合边反应生成碳酸二甲酯和丙二醇；
b.第1酯交换反应器的一次反应物料进产物分离塔，塔釜物料去第2酯交换反应器；
c.产物分离塔塔釜含有丙二醇和未转化碳酸丙烯酯的物料与原料甲醇进第2酯交换反应器边流动，边混合，边反应进一步生成碳酸二甲酯和丙二醇；
d.出第2酯交换反应器的二次反应物料去甲醇回收塔，塔顶分离出碳酸二甲酯与甲醇共沸物和未转化的甲醇去常压分离塔或去产物分离塔或去加压分离塔；
e.产物分离塔塔顶分离出的常压产物和常压分离塔塔顶分离出的常压共沸物进加压分离塔，加压分离塔塔顶分离出的加压共沸物进常压分离塔；产物分离塔塔顶分离出的常压产物或进常压分离塔；
f.加压分离塔塔釜得碳酸二甲酯，常压分离塔塔釜甲醇循环去第1酯交换反应器；
g.甲醇回收塔塔釜重组分进丙二醇脱轻塔，丙二醇脱轻塔塔顶分离出水及残存的甲醇和碳酸二甲酯，塔釜物料进丙二醇精馏塔；丙二醇脱轻塔塔顶物料或进一步分离，分离出的甲醇和碳酸二甲酯去产物分离塔或常压分离塔或加压分离塔；
h.丙二醇精馏塔塔顶得丙二醇，塔釜未转化的碳酸丙烯酯和催化剂去第1酯交换反应器，塔釜未转化的碳酸丙烯酯和催化剂或经分离分别去第1酯交换反应器。
一种酯交换法碳酸二甲酯的生产装置及其使用方法，所述催化剂与甲醇预混或催化剂与碳酸丙烯酯预混合后进入第1酯交换反应器，或在第一酯交换反应前设置甲醇、碳酸丙烯酯、催化剂共混装置。
一种酯交换法碳酸二甲酯生产装置，所述第1酯交换反应器、第2酯交换反应器或为喷射反应器、泵式反应器、搅拌反应器、循环反应器、塔式反应器、反应精馏塔、超重力反应器、微通道反应器、撞击流反应器，或为管式反应器及前述反应器的不同组合。
一种酯交换法碳酸二甲酯生产装置及其使用方法，所述装置及其使用方法或不设置第2酯交换反应器，产物分离塔塔釜物料去甲醇回收塔，塔顶回收甲醇和残余碳酸二甲酯去常压分离塔或去加压分离塔；或不设置第2酯交换反应器和甲醇回收塔，产物分离塔塔釜物料去丙二醇脱轻塔，塔顶分出水、甲醇和残余碳酸二甲酯，塔釜物料去丙二醇精馏塔；丙二醇脱轻塔塔顶物料或进一步分离，分离出的甲醇和碳酸二甲酯去产物分离塔或常压分离塔或加压分离塔。
一种酯交换法碳酸二甲酯生产装置及其使用方法，所述装置及其使用方法适用于用原料碳酸乙烯酯代替碳酸丙烯酯生产碳酸二甲酯并副产乙二醇。
本发明的优点与效果是：
1.同传统的反应精馏塔式反应器相比，采用内设扰流元件的管式反应器进行酯交换反应，物料在反应器内混合接触充分，界面更新迅速，反应速度快；
2.本发明两台串联使用的酯交换反应器间设置产物分离塔，及时移出第1酯交换反应器生成的反应产物，可有效使第2酯交换反应器内的反应向正方向进行；
3.调整第1酯交换反应器和第2酯交换反应器内碳酸丙（乙）烯酯与甲醇的进料摩尔比，新鲜原料碳酸丙（乙）烯从第1酯交换反应器进入，新鲜的原料甲醇从第2酯交换反应器进入，两台反应器均具有较高的反应推动力；
4.传统的反应精馏塔内进行酯交换反应的设计与操作指导思想是追求碳酸二甲酯的一次转化率尽可能高。由于碳酸丙（乙）烯酯与甲酯的酯交换过程是可逆反应，追求较高的碳酸丙烯酯一次转化率会使甲醇大量过量，甲醇与碳酸丙（乙）烯酯的进料摩尔比远远高于反应过程的理论摩尔比；本发明设计与操作的指导思想是不追求反应原料的单程转化率，采用接近反应过程理论摩尔比的进料组成实现远超过平衡转化率的效果，同传统反应精馏塔大量甲醇过量的酯交换反应过程显著降低了能耗；
5.本发明给出的装置不追求原料的一次转化率，未转化的原料碳酸丙（乙）烯酯和甲醇循环返入第一酯交换反应器再次参与反应，原料利用率高；
6.本发明给出的装置生产效率高，生产能力大，能量消耗低，产品质量好，生产过程易于控制，操作弹性大。
附图说明：
图1是本发明给出的一种采用串联的两台管式反应器进行碳酸丙烯酯与甲醇酯交换反应生产装置简图。
具体实施例：
实施例1
本实施例所用的一种酯交换法碳酸二甲酯的生产装置，包括第1酯交换反应器1-1、产物分离塔2-1、第二酯交换反应器1-2、甲醇回收塔2-2、加压分离塔3、常压分离塔4、丙二醇脱轻塔5、丙二醇精馏塔6及附属原料罐、产品罐、中间罐、冷凝器、再沸器、物料输送装置、设备间连接管线、控制与显示仪表及附件。第1酯交换反应器1-1和第2酯交换反应器1-2为带或不带夹套的管式反应器，反应管内设置或不设置对介质起混合作用的动、静态扰流元件。
第1酯交换反应器1-1设有物料碳酸丙烯酯、循环甲醇、甲醇、催化剂入口及一次反应物料出口；产物分离塔2-1设有一次反应物料入口、塔顶常压产物出口和塔釜物料出口；第2酯交换反应器1-2设有甲醇入口、来自产物分离塔2-1塔釜物料入口和二次反应物料出口；甲醇回收塔2-2设有二次反应物料入口、塔顶回收甲醇与共沸物出口和塔釜物料出口；加压分离塔3设有常压共沸物料入口、塔顶加压共沸物出口和塔釜碳酸二甲酯出口；常压分离塔4设有加压共沸物料入口、塔顶常压共沸物出口和塔釜循环甲醇出口；丙二醇脱轻塔5设有物料入口、塔顶轻组分出口和塔釜物料出口；丙二醇精馏塔6设有物料入口、塔顶丙二醇出口、塔釜未转化碳酸丙烯酯和催化剂出口。
第1酯交换反应器1-1一次反应物料出口与产物分离塔2-1一次反应物料入口经管线连通；产物分离塔2-1塔顶的常压产物出口与加压分离塔3的常压共沸物料入口经管线连通，产物分离塔2-1塔釜物料出口与第2酯交换反应器1-2物料入口经管线连通；第2酯交换反应器1-2二次反应物料出口与甲醇回收塔2-2的二次反应物料入口经管线连通；甲醇回收塔2-2塔顶回收甲醇和共沸物出口与常压分离塔4的加压共沸物料入口经管线连通，甲醇回收塔2-2塔釜物料出口与丙二醇脱轻塔5的物料入口经管线连通；加压分离塔3塔顶加压共沸物出口与常压分离塔4的加压共沸物入口经管线连通；常压分离塔4塔顶的常压共沸物出口与加压分离塔3的常压共沸物料入口经管线连接，常压分离塔4塔釜循环甲醇出口与第一酯交换反应器1-1循环甲醇入口经管线连通；丙二醇脱轻塔5塔釜物料出口与丙二醇精馏塔6物料入口经管线连通，丙二醇精馏塔6塔釜物料出口与第1酯交换反应器1-1物料入口经管线连通。本实施例装置如图1。
本实施例给出的酯交换法碳酸二甲酯生产装置使用方法，包括：
a.甲醇、循环甲醇、碳酸丙烯酯、催化剂进第1酯交换反应器1边流动，边混合边反应生成碳酸二甲酯和丙二醇；
b.第1酯交换反应器1-1的一次反应物料进产物分离塔2-1，塔釜物料去第2酯交换反应器1-2；
c.产物分离塔2-1塔釜含有丙二醇和未转化碳酸丙烯酯的物料与原料甲醇进第2酯交换反应器1-2边流动，边混合，边反应进一步生成碳酸二甲酯和丙二醇；
d.出第2酯交换反应器1-2的二次反应物料去甲醇回收塔2-2，塔顶分离出碳酸二甲酯与甲醇共沸物和未转化的甲醇去常压分离塔4；
e.产物分离塔2-1塔顶分离出的常压碳酸二甲酯与甲醇共沸物和常压分离塔4塔顶分离出的常压碳酸二甲酯与甲醇共沸物进加压共沸塔3，加压共沸物分离塔3塔顶分离出的加压共沸物进常压分离塔4；
f.加压分离塔3塔釜得碳酸二甲酯，常压分离塔4塔釜甲醇循环去第1酯交换反应器1-1；
g.甲醇回收塔2-2塔釜重组分进丙二醇脱轻塔5，丙二醇脱轻塔5塔顶分离出水及残存的甲醇和碳酸二甲酯，塔釜物料进丙二醇精馏塔6；
h.丙二醇精馏塔6塔顶得丙二醇，塔釜未转化的碳酸丙烯酯和催化剂去第1酯交换反应器1-1。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于第1酯交换反应器1-1和第2酯交换反应器1-2为市售静态混合器。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于所述装置不设置第2酯交换反应器1-2，产物分离塔2-1塔釜物料去甲醇回收塔2-2，塔顶回收甲醇和残余碳酸二甲酯去常压分离塔4或去加压分离塔3。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于所述装置不设置第2酯交换反应器1-2和甲醇回收塔2-2，产物分离塔2-1塔釜物料去丙二醇脱轻塔5，塔顶分出水及残余的甲醇和残余碳酸二甲酯，塔釜物料去丙二醇精馏塔6，丙二醇脱轻塔5塔顶分离物进一步分离出甲醇和碳酸二甲酯去产物分离塔2-1。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于丙二醇精馏塔6塔釜物料进一步分离，未转化的碳酸丙烯酯去第1酯交换反应器1-1，催化剂经再生后去第1酯交换反应器1-1。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于产物分离塔2-1塔顶分离出碳酸二甲酯和甲醇常压共混物去加压分离塔3。
实施例7
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于丙二醇脱轻塔5塔顶分离物进一步分离出甲醇和碳酸二甲酯去常压分离塔4。
1.一种酯交换法碳酸二甲酯的生产装置，其特征在于，所述装置包括：
第1酯交换反应器（1-1）、产物分离塔（2-1）、第二酯交换反应器（1-2）、甲醇回收塔（2-2）、加压分离塔（3）、常压分离塔（4）、丙二醇脱轻塔（5）、丙二醇精馏塔（6）及附属原料罐、产品罐、中间罐、冷凝器、再沸器、物料输送装置、设备间连接管线、控制与显示仪表及附件；第1酯交换反应器（1-1）和第2酯交换反应器（1-2）为带或不带夹套的管式反应器，反应管内设置或不设置对介质起混合作用的动、静态扰流元件；
第1酯交换反应器（1-1）设有物料碳酸丙烯酯、循环甲醇、甲醇、催化剂入口及一次反应物料出口；产物分离塔（2-1）设有一次反应物料入口、塔顶常压产物出口和塔釜物料出口；第2酯交换反应器（1-2）设有甲醇入口、来自产物分离塔（2-1）塔釜物料入口和二次反应物料出口；甲醇回收塔（2-2）设有二次反应物料入口、塔顶回收甲醇与共沸物出口和塔釜物料出口；加压分离塔（3）设有常压共沸物料入口、塔顶加压共沸物出口和塔釜碳酸二甲酯出口；常压分离塔（4）设有加压共沸物料入口、塔顶常压共沸物出口和塔釜循环甲醇出口；丙二醇脱轻塔（5）设有物料入口、塔顶轻组分出口和塔釜物料出口；丙二醇精馏塔（6）设有物料入口、塔顶丙二醇出口、塔釜未转化碳酸丙烯酯和催化剂出口；
第1酯交换反应器（1-1）一次反应物料出口与产物分离塔（2-1）一次反应物料入口经管线连通；产物分离塔（2-1）塔顶的常压产物出口与加压分离塔（3）的常压共沸物料入口或与常压分离塔（4）加压共沸物入口经管线连通，产物分离塔（2-1）塔釜物料出口与第2酯交换反应器（1-2）物料入口经管线连通；第2酯交换反应器（1-2）二次反应物料出口与甲醇回收塔（2-2）的二次反应物料入口经管线连通；甲醇回收塔（2-2）塔顶回收甲醇和共沸物出口与常压分离塔（4）的加压共沸物料入口或与产物分离塔（2-1）一次反应物料入口或与加压分离塔（3）的常压共沸物入口经管线连通，甲醇回收塔（2-2）塔釜物料出口与丙二醇脱轻塔（5）的物料入口经管线连通；加压分离塔（3）塔顶加压共沸物出口与常压分离塔（4）的加压共沸物入口经管线连通；常压分离塔（4）塔顶的常压共沸物出口与加压分离塔（3）的常压共沸物料入口经管线连接，常压分离塔（4）塔釜循环甲醇出口与第一酯交换反应器（1-1）循环甲醇入口经管线连通；丙二醇脱轻塔（5）塔釜物料出口与丙二醇精馏塔（6）物料入口经管线连通，丙二醇精馏塔（6）塔釜物料出口与第1酯交换反应器（1-1）物料入口经管线连通。
2.根据权利要求1所述的一种酯交换法碳酸二甲酯生产装置的使用方法，其特征在于，所述方法包括：
a.甲醇、循环甲醇、碳酸丙烯酯、催化剂进第1酯交换反应器（1）边流动，边混合边反应生成碳酸二甲酯和丙二醇；
b.第1酯交换反应器（1-1）的一次反应物料进产物分离塔（2-1），塔釜物料去第2酯交换反应器（1-2）；
c.产物分离塔（2-1）塔釜含有丙二醇和未转化碳酸丙烯酯的物料与原料甲醇进第2酯交换反应器（1-2）边流动，边混合，边反应进一步生成碳酸二甲酯和丙二醇；
d.出第2酯交换反应器（1-2）的二次反应物料去甲醇回收塔（2-2），塔顶分离出碳酸二甲酯与甲醇共沸物和未转化的甲醇去常压分离塔（4）或去产物分离塔（2-1）或去加压分离塔（3）；
e.产物分离塔（2-1）塔顶分离出的常压产物和常压分离塔（4）塔顶分离出的常压共沸物进加压分离塔（3），加压分离塔（3）塔顶分离出的加压共沸物进常压分离塔（4）；产物分离塔（2-1）塔顶分离出的常压产物或进常压分离塔（4）；
f.加压分离塔（3）塔釜得碳酸二甲酯，常压分离塔（4）塔釜甲醇循环去第1酯交换反应器（1-1）；
g.甲醇回收塔（2-2）塔釜重组分进丙二醇脱轻塔（5），丙二醇脱轻塔（5）塔顶分离出水及残存的甲醇和碳酸二甲酯，塔釜物料进丙二醇精馏塔（6）；丙二醇脱轻塔（5）塔顶物料或进一步分离，分离出的甲醇和碳酸二甲酯去产物分离塔（2-1）或常压分离塔（4）或加压分离塔（3）；
h.丙二醇精馏塔（6）塔顶得丙二醇，塔釜未转化的碳酸丙烯酯和催化剂去第1酯交换反应器（1-1），塔釜未转化的碳酸丙烯酯和催化剂或经分离分别去第1酯交换反应器。
3.根据权利要求2所述的一种酯交换法碳酸二甲酯的生产装置的使用方法，其特征在于，催化剂与甲醇预混或催化剂与碳酸丙烯酯预混合后进入第1酯交换反应器（1-1），或在第一酯交换反应前设置甲醇、碳酸丙烯酯、催化剂共混装置。
4.根据权利要求1所述的一种酯交换法碳酸二甲酯生产装置，其特征在于，第1酯交换反应器（1-1）、第2酯交换反应器（1-2）或为喷射反应器、泵式反应器、搅拌反应器、循环反应器、塔式反应器、反应精馏塔、超重力反应器、微通道反应器、撞击流反应器，或为管式反应器及前述反应器的不同组合。
5.根据权利要求1所述的一种酯交换法碳酸二甲酯生产装置，其特征在于，所述生产装置适用于用原料碳酸乙烯酯代替碳酸丙烯酯生产碳酸二甲酯并副产乙二醇。
技术总结