低含量二甲醚的硫酸二甲酯生產工藝及裝置的製作方法

2023-06-04 13:38:01 2

本發明屬於有機合成工業生產領域，尤其是涉及到一種低含量二甲醚的硫酸二甲酯生產工藝及裝置。

技術背景：

硫酸二甲酯是一種有效的烷基化劑，用於製造染料及作為胺類和醇類的甲基化劑，常見的反應有 O-甲基化反應和 N-甲基化反應二類，廣泛應用於醫藥、農藥、香料和染料等有機合成工業領域。

硫酸二甲酯基本上都採用二甲醚-三氧化硫直接合成法，此反應進行得十分完全，且反應速度很快。然而，作為反應物的二甲醚和三氧化硫，其灌裝、運輸和長期保持方便於操作的物理狀態較為困難，生產廠家一般作為中間體自行製備。在工業生產條件下，甲醇脫水制二甲醚，粗製的二甲醚氣體淨化過程中分離出來的液體物料內含有近40% 未轉比的甲醇，須通過精餾回收，三氧化硫大多由加熱蒸發發煙硫酸製得，其純度可達99%左右。也有廠家採用低濃度三氧化硫製造硫酸二甲酯法，將硫酸生產裝置中轉化器的低濃度三氧化硫氣體直接引出，經吸收塔硫酸二甲酯吸收後與經硫酸催化甲醇脫水的二甲醚在酯化塔進行反應，再經精餾釜製得成品，成品入成品儲罐區儲存。

二甲醚-三氧化硫合成得到硫酸二甲酯中二甲醚含量在5-9%之間，酸度也比較高，要經過再次精餾才能得到硫酸二甲酯和酸度合格的硫酸二甲酯產品。通常情況下合成塔中硫酸二甲酯出品經過一次蒸餾其二甲醚含量在2-5%左右，難以滿足一些廠家的特殊要求，由於硫酸二甲酯中二甲醚含量高，影響了下一步和甲基化反應，同時提高了硫酸二甲酯的原料消耗。因此有些廠家會有明確的二甲醚含量要求，由於市售的硫酸二甲酯一般在2-5%左右。有些合成反應要求二甲醚含量必須低於0.5%，廠家買回的硫酸二甲酯都要再次經過精餾才能滿足甲基化使用要求。

技術實現要素：
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本發明的目的在於不增加設備的情況下提供一種工藝先進、結構簡單、操作容易、節省原料、質優價廉的生產低含量二甲醚的硫酸二甲酯生產工藝及裝置。

本發明的技術方案是：低含量二甲醚的硫酸二甲酯生產工藝是，（1）為了得到合格酸度、較低甲醚含量的硫酸二甲酯產品，在硫酸二甲酯粗品蒸餾採用減壓蒸餾，減壓蒸餾可以減少硫酸二甲酯在高溫下的副反應，從而減少釜底蒸餾殘液；硫酸二甲酯餾出液收集罐保持較高的真空度，收集罐保持較高的真空度和控制較高的收集溫度可以保證溶解在硫酸二甲酯餾出液中的二甲醚有效地解析出來，從而降低硫酸二甲酯中二甲醚的含量。（2）從蒸餾塔餾出來的硫酸二甲酯採用兩級冷卻，一級硫酸二甲酯冷凝液溫度控制在90～105℃，二級硫酸二甲酯冷凝液溫度在30～40℃，每級硫酸二甲酯餾出液分別收集，一級收集的高溫硫酸二甲酯冷凝液中的甲醚低於0.5%，其產量佔總產量的70%左右，可以滿足對甲醚有特殊要求的使用廠家。（3）在硫酸二甲酯餾出液一級收集釜真空度控制在-0.07～-0.008MPa,硫酸二甲酯餾出液二級收集釜真空度控制在-0.08～-0.009MPa，保證從蒸餾塔、冷凝器、收集釜和合成塔之間氣路通暢，不要出現硫酸二甲酯冷凝液滿管堵塞冷凝管得現象，造成氣路斷路。（4）收集釜的負壓系統與硫酸二甲酯合成塔相連，硫酸二甲酯減壓高溫解吸的二甲醚再次抽吸到合成塔中作為原料與三氧化硫反應合成硫酸二甲酯。

所述低含量二甲醚的硫酸二甲酯的生產裝置包括硫酸二甲酯合成塔、再沸器、兩級冷凝器和兩級收集釜，其特徵在於：一級冷凝器是由空氣冷卻器和連通式U型彎收集器組成，所述空氣冷卻器的進液端通過管道與再沸器相連，其出液端通過管道與連通式U型彎收集器上部進液口相連；連通式U型彎收集器底部出液口通過帶閥管道與一級收集釜相連，其上端出液口通過管道與二級冷凝器相連，二級冷凝器的出液端通過帶閥管道與二級收集釜相連；一級收集釜和二級收集釜分別通過排空管與硫酸二甲酯合成塔相連。所述一級冷卻採用臥式空氣冷卻器（5）和連通式U型彎收集器（6） 相結合，空氣冷卻器（5）不用另配置風機，加熱後的空氣由硫酸系統風機產生的負壓送入硫鐵礦培燒爐回收熱資源；二級冷凝器（7）為列管式換熱或波紋式換熱器。

本發明的有益效果在於：（1）由於採用兩級冷卻和分步收集先進工藝，從而使硫酸二甲酯產品中的二甲醚含量下降到0.5%以下，既可降低甲醇原料消耗量，也使產品質量得到大幅度提升，以滿足有特殊要求的使用廠家。（2）蒸餾硫酸二甲酯的部分熱量得到利用。

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

附圖說明：

圖1為本發明工藝流程結構示意圖。

圖中：1為合成塔，2為二級收集釜，3為一級收集釜，4為再沸器，5為空氣冷卻器，6為連通式U型彎收集器，7為二級冷凝器。

具體實施方式：

一種低含量二甲醚的硫酸二甲酯生產工藝，它是通過對硫酸二甲酯粗品進行減壓蒸餾，將餾出液採用兩級冷卻和分步收集即可得到低含量二甲醚的硫酸二甲酯，其工藝步驟如下：

1、減壓蒸餾：為了得到合格酸度、較低甲醚含量的硫酸二甲酯產品，在硫酸二甲酯粗品蒸餾採用減壓蒸餾，減壓蒸餾可以減少硫酸二甲酯在高溫下的副反應，從而減少釜底蒸餾殘液；硫酸二甲酯餾出液收集罐保持較高的真空度，收集罐保持較高的真空度和控制較高的收集溫度可以保證溶解在硫酸二甲酯餾出液中的二甲醚有效地解析出來，從而降低硫酸二甲酯中二甲醚的含量；

2、兩級冷卻和分步收集

（1）一級冷凝與收集。從再沸器中4餾出硫酸二甲酯經過一級空氣冷卻器5冷凝，冷凝液和未冷凝物質流入連通式U型彎收集器6；冷凝液從連通式U型彎收集器6底部流入一級收集釜3，一級收集釜3排空管與二甲酯合成塔1相連，把一級收集釜3中高溫解析的二甲醚抽入合成塔1吸收；剩餘未冷凝硫酸二甲酯氣體和不凝性二甲醚從連通式U型彎收集器6上部進入二級冷卻器7。

（2）二級冷凝與收集。 從連通式U型彎收集器6上部收集的剩餘未冷凝硫酸二甲酯氣體進入二級冷凝器7再次冷凝，冷凝硫酸二甲酯流入二級收集釜2，不凝性二甲醚由負壓系統抽入硫酸二甲酯合成塔1做原料，兩級收集釜的負壓系統與硫酸二甲酯合成塔相連。

3、兩級冷凝與收集工藝參數。 一級冷卻硫酸二甲酯溫度控制在95～105℃，收集釜真空度控制在低於-0.07～-0.08MPa；二級冷卻溫度在30～40℃，硫酸二甲酯餾出液收集釜真空度控制在低於-0.08～-0.09MPa。所述一級冷卻採用臥式空氣冷卻器（5）和連通式U型彎收集器（6） 相結合，經空氣冷卻器（5）加熱後的空氣通過硫酸系統風機產生的負壓送入硫鐵礦培燒爐回收熱資源；二級冷凝器（7）為列管式換熱或波紋式換熱器。

實施例1：

檢查各電器儀表、管道、閥門、設備處於正常蒸餾狀態後，開啟蒸餾鍋抽氣閥門，當蒸餾鍋真空度低於-0.085MPa，觀察鍋裡情況後，開始進硫酸二甲酯粗品，進料超過1/3後，開啟蒸汽加熱升溫，進料2/3後，停止進料，直至蒸餾鍋溫度穩定在130～155℃，打開進料閥開始連續進料和蒸發。開始進料和結束進料階段蒸發鍋的真空度低於-0.09MPa，進料升溫過程中真空度低於-0.085MPa，一旦出現真空度快速上升時要關閉蒸汽閥，蒸餾前期全部餾出液收集二級收集釜。調節一級、二級冷卻器的冷卻液流量和溫度，控制一級硫酸二甲酯餾出液的溫度在95-100℃，二級硫酸二甲酯餾出液的溫度在30-40℃，觀察收集釜的真空度，把一級收集釜真空度調至-0.08MPa左右，二級收集釜真空度調至-0.09MPa，注意觀察蒸餾鍋真空度的變化、酯的顏色、鍋內溫度、蒸汽壓力、出料速度和接受釜液位等參數，各參數都符合操作要求，當蒸餾過程穩定後取一級硫酸二甲酯冷凝液樣分析酸度、硫酸二甲酯和二甲醚含量，樣品合格後開一級收集釜閥門收集低甲醚硫酸二甲酯。一級收集釜酸度0.3、硫酸二甲酯99.6%，二甲醚含量0.1%；二級收集釜硫酸二甲酯酸度0.2、硫酸二甲酯97.6%，二甲醚含量2.3%

實施例2：

檢查各電器儀表、管道、閥門、設備處於正常蒸餾狀態後，開啟蒸餾鍋抽氣閥門，當蒸餾鍋真空低於-0.085MPa，觀察鍋裡情況後，開始進硫酸二甲酯粗品，進料超過1/3後，開啟蒸汽加熱升溫，進料2/3後，停止進料，直至蒸餾鍋溫度穩定在135～155℃，打開進料閥開始連續進料和蒸發。開始進料和結束進料階段蒸發鍋的真空度低於-0.09MPa，進料升溫過程中真空度低於-0.085MPa，一旦出現真空度快速上升時要關閉蒸汽閥，蒸餾前期全部餾出液收集二級收集釜。調節一級、二級冷卻器的冷卻液流量和溫度，控制一級硫酸二甲酯餾出液的溫度在100～105℃，二級硫酸二甲酯餾出液的溫度在30～40℃，觀察收集釜的真空度，把一級收集釜真空度調至-0.085MPa左右，二級收集釜真空度調至-0.09MPa，注意觀察蒸餾鍋真空度的變化、酯的顏色、鍋內溫度、蒸汽壓力、出料速度和接受釜液位等參數，各參數都符合操作要求，當蒸餾過程穩定後取一級硫酸二甲酯冷凝液樣分析酸度、硫酸二甲酯和二甲醚含量，樣品合格後開一級收集釜閥門收集低甲醚硫酸二甲酯。一級收集釜硫酸二甲酯酸度0.3、硫酸二甲酯99.7%，二甲醚含量0.12%，二級收集釜硫酸二甲酯酸度0.23、硫酸二甲酯97.7%，二甲醚含量2.1%。

實施例3：

檢查各電器儀表、管道、閥門、設備處於正常蒸餾狀態後，開啟蒸餾鍋抽氣閥門，當蒸餾鍋真空低於-0.085MPa，觀察鍋裡情況後，開始進硫酸二甲酯粗品，進料超過1/3後，開啟蒸汽加熱升溫，進料2/3後，停止進料，直至蒸餾鍋溫度穩定在130～155℃，打開進料閥開始連續進料和蒸發。開始進料和結束進料階段蒸發鍋的真空度低於-0.09MPa，進料升溫過程中真空度低於-0.08MPa，一旦出現真空度快速上升時要關閉蒸汽閥，蒸餾前期全部餾出液收集二級收集釜。調節一級、二級冷卻器的冷卻液流量和溫度，控制一級硫酸二甲酯餾出液的溫度在90～100℃，二級硫酸二甲酯餾出液的溫度在30～40℃，觀察收集釜的真空度，把一級收集釜真空度調至-0.08MPa左右，二級收集釜真空度調至-0.09MPa，注意觀察蒸餾鍋真空度的變化、酯的顏色、鍋內溫度、蒸汽壓力、出料速度和接受釜液位等參數，各參數都符合操作要求，當蒸餾過程穩定後取一級硫酸二甲酯冷凝液樣分析酸度、硫酸二甲酯和二甲醚含量，樣品合格後開一級收集釜閥門收集低甲醚硫酸二甲酯。一級收集釜酸度0.3、硫酸二甲酯99.6%，二甲醚含量0.13%；二級收集釜硫酸二甲酯酸度0.15、硫酸二甲酯97.7%，二甲醚含量2.1%

實施例4：

檢查各電器儀表、管道、閥門、設備處於正常蒸餾狀態後，開啟蒸餾鍋抽氣閥門，當蒸餾鍋真空低於-0.085MPa，觀察鍋裡情況後，開始進硫酸二甲酯粗品，進料超過1/3後，開啟蒸汽加熱升溫，進料2/3後，停止進料，直至蒸餾鍋溫度穩定在130～155℃，打開進料閥開始連續進料和蒸發。開始進料和結束進料階段蒸發鍋的真空度低於-0.09MPa，進料升溫過程中真空度低於-0.085MPa，一旦出現真空度快速上升時要關閉蒸汽閥，蒸餾前期全部餾出液收集二級收集釜。調節一級、二級冷卻器的冷卻液流量和溫度，控制一級硫酸二甲酯餾出液的溫度在100～105℃，二級硫酸二甲酯餾出液的溫度在30～40℃，觀察收集釜的真空度，把一級收集釜真空度調至-0.08MPa左右，二級收集釜真空度調至-0.09MPa，注意觀察蒸餾鍋真空度的變化、酯的顏色、鍋內溫度、蒸汽壓力、出料速度和接受釜液位等參數，各參數都符合操作要求，當蒸餾過程穩定後取一級硫酸二甲酯冷凝液樣分析酸度、硫酸二甲酯和二甲醚含量，樣品合格後開一級收集釜閥門收集低甲醚硫酸二甲酯。一級收集釜酸度0.3、硫酸二甲酯99.5%，二甲醚含量0.15%；二級收集釜硫酸二甲酯酸度0.12、硫酸二甲酯97.6%，二甲醚含量2.2%。