碳酸二甲酯生產中液體二氧化碳冷量利用的研究

張 在 忠

（山東海科化工集團， 山東 東營 257105）

碳酸二甲酯生產中液體二氧化碳冷量利用的研究

張 在 忠

（山東海科化工集團， 山東 東營 257105）

研究了碳酸二甲酯裝置生產過程中液體二氧化碳冷量利用的問題。通過合理利用液體二氧化碳的冷量，起到了既能替代冷水機組制冷，又能降低裝置蒸汽消耗量的作用。裝置經過二氧化碳冷量利用改造后，經濟效益大大提高。

碳酸二甲酯；二氧化碳；冷量利用

目前國內碳酸二甲酯裝置生產過程中，碳酸二甲酯與甲醇共沸物的分離，多采用加壓精餾和萃取精餾兩種分離方法［1,2］。山東海科化工集團碳酸二甲酯生產裝置，采用萃取精餾的方法進行分離操作。在萃取劑與碳酸二甲酯的分離塔中，由于采用真空精餾操作，塔頂冷凝器的冷卻介質需用到冷水機組制冷產生的冷凍水。而碳酸丙烯酯的生產原料，需要用到液體二氧化碳。如果能將液體二氧化碳的冷量加以利用，將起到停用冷水機組的作用，從而裝置經濟效益大大提高［3-5］。

1 現有碳酸二甲酯生產裝置的問題

1.1 碳酸二甲酯與甲醇分離流程簡述

山東海科化工集團碳酸二甲酯生產裝置采用萃取精餾的方法，對碳酸二甲酯、甲醇共沸物體系進行分離。在萃取精餾塔（T-101）中，碳酸二甲酯與甲醇共沸物在萃取劑的作用下進行分離，T-101塔頂得到甲醇，而塔釜為萃取劑與碳酸二甲酯的混合組分。塔釜物料再經輸料泵輸送至碳酸二甲酯精制塔（T-102）中進行精餾操作。T-102為真空精餾塔，經精制后塔頂得到碳酸二甲酯產品；塔釜為萃取劑，再經輸料泵輸送至萃取精餾塔（T-101）中進行萃取精餾操作。

由于萃取劑為熱敏性物質，T-102的操作壓力在8 kPa以下。而碳酸二甲酯在此壓力下的泡點溫度在33 ℃左右，塔頂冷后溫度要求在20 ℃左右。裝置循環水的溫度在 32～40 ℃之間（春、夏、秋三季），很難滿足上述要求。因此在春、夏、秋三季，須得采用冷凍水進行冷卻。

1.2 液體二氧化碳的使用

碳酸二甲酯生產所需的原料為碳酸丙烯酯，而碳酸丙烯酯為二氧化碳與環氧丙烷反應所得。二氧化碳以液體的形態儲存于二氧化碳儲罐中，使用時，液體二氧化碳經過泵輸送至水浴式汽化器中進行加熱變為氣體二氧化碳使用。

1.3 現有碳酸二甲酯生產裝置存在的問題

現有碳酸二甲酯生產裝置，由于采用冷水機組制冷，裝置電耗較大。冷水機組制冷系統每小時耗電量800 kW·h；而合成碳酸丙烯酯系統，又得需要對液體的二氧化碳進行加熱，從而裝置蒸汽消耗量較大。每小時消耗低壓蒸汽4 t左右；如果能將液體二氧化碳的冷量加以利用，既可以節省冷水機組的電耗，又可以節省裝置的蒸汽消耗。

2 結果與討論

2.1 二氧化碳冷量的計算

液體二氧化碳在儲罐中的溫度為-23 ℃，經過換熱后升溫至10 ℃。裝置二氧化碳的用量為4 000 kg/h。則二氧化碳在此升溫過程中，每小時所吸收的熱量為：

2.2 碳酸二甲酯精餾所需冷量計算

碳酸二甲酯精餾塔中，塔頂氣相碳酸二甲酯經過冷卻后變為液相。裝置碳酸二甲酯的產量為4 000 kg/h 。在此過程中碳酸二甲酯所釋放的熱量為：

2.3 碳酸二甲酯精餾所需冷量計算

因此，由上述計算可以看出，裝置二氧化碳的冷量足以冷卻碳酸二甲酯精餾所需的熱量。對上述系統進行耦合，將現有流程更改為以下流程：液體二氧化碳經過泵加壓后先送至碳酸二甲酯精餾塔（T-102）塔頂冷凝器與氣相碳酸二甲酯進行換熱。換熱后的二氧化碳部分變為氣相，再進入水浴式汽化器中加熱，加熱后的二氧化碳全變為氣體二氧化碳，再進入后續碳酸丙烯酯合成系統使用。而碳酸二甲酯精餾塔（T-102）塔頂的氣相碳酸二甲酯經過液體二氧化碳冷凝后，溫度降至 20 ℃以下，變為液相進入回流罐中。在此過程中，由于全部液體二氧化碳的冷量較大，因此須得控制進入換熱器的二氧化碳流量來調節碳酸二甲酯的冷后溫度在指標范圍內（圖1）。

2.4 二氧化碳冷量的利用經濟效益

裝置通過利用液體二氧化碳的冷量，達到了完全停開冷水機組的目的。同時，裝置低壓蒸汽的消耗量也下降至2 t/h。改造前除去因冬季（12月、1月、2月）循環水溫低不使用冷水機組外，其余月份均使用冷水機組制冷。電耗費用計算如下：800 kW×24 h/d×276 d×0.66元/kWh=349.74萬元；煤耗費用每年節省約100萬元左右。因此，通過液體二氧化碳冷量的利用，每年裝置增效450萬元左右。裝置效益大大增強。

圖1 二氧化碳冷量利用流程圖Fig.1 The cold energy utilization of liquefied carbondioxide

3 結 論

⑴ 裝置運行證明，通過對液體二氧化碳冷量的利用，達到了停用冷水機組的目的，同時大大降低了裝置的蒸汽消耗量。

⑵ 通過對液體二氧化碳的冷量加以利用，每年可以為裝置增效450萬元左右。裝置經濟效益大大提高。

[1] 潘鶴林，田恒水，宋新杰,等.酯交換法合成碳酸二甲酯研究[J].化學工業與工程，1998,15（2）：17-21.

[2] 肖遠勝，張雪崢.酯交換法同時合成碳酸二甲酯及乙二醇[J].精細石油化工，2000,2（2）：1-3.

[3] 江浩.二氧化碳冷量回收節能改造[J].上海節能，2009,5（2）：39-40.

[4] 上海浦馬電氣自動化有限公司. 二氧化碳冷量回收系統及方法：中國,102155613A[P].2010-12-23.

[5] 上海浦馬電氣自動化有限公司. 二氧化碳冷量回收裝置：中國,201925717U[P].2010-12-23.

Study on Liquefied Carbondioxide Cold Energy Utilization During Production of Dimethyl Carbonate

ZHANG Zai-zhong

（Shandong Hi-tech Chemical Group, Shandong Dongying 257105，China）

The cold energy utilization of liquefied carbondioxide was studied. Through utilizing cold utilization of liquefied carbondioxide, refrigeration with chillers was replaced, the steam consumption was also reduced. Economic efficiency of the device was greatly increased by utilizing cold energy of liquefied carbondioxide.

Dimethyl carbonate; Carbondioxide; Cold energy utilization

TQ 083+.4

A

1671-0460（2011）09-0931-02

2011-08-10

張在忠（1966-），男，山東東營人，高級工程師，山東海科化工集團總經理。

杜桂強（1981-），男，工程師。E-mail：xiaoqiang-39@163.com，電話：0546-7791035。