碳酸二甲酯生产中液体二氧化碳冷量利用的研究

张 在 忠

（山东海科化工集团， 山东 东营 257105）

碳酸二甲酯生产中液体二氧化碳冷量利用的研究

张 在 忠

（山东海科化工集团， 山东 东营 257105）

研究了碳酸二甲酯装置生产过程中液体二氧化碳冷量利用的问题。通过合理利用液体二氧化碳的冷量，起到了既能替代冷水机组制冷，又能降低装置蒸汽消耗量的作用。装置经过二氧化碳冷量利用改造后，经济效益大大提高。

碳酸二甲酯；二氧化碳；冷量利用

目前国内碳酸二甲酯装置生产过程中，碳酸二甲酯与甲醇共沸物的分离，多采用加压精馏和萃取精馏两种分离方法［1,2］。山东海科化工集团碳酸二甲酯生产装置，采用萃取精馏的方法进行分离操作。在萃取剂与碳酸二甲酯的分离塔中，由于采用真空精馏操作，塔顶冷凝器的冷却介质需用到冷水机组制冷产生的冷冻水。而碳酸丙烯酯的生产原料，需要用到液体二氧化碳。如果能将液体二氧化碳的冷量加以利用，将起到停用冷水机组的作用，从而装置经济效益大大提高［3-5］。

1 现有碳酸二甲酯生产装置的问题

1.1 碳酸二甲酯与甲醇分离流程简述

山东海科化工集团碳酸二甲酯生产装置采用萃取精馏的方法，对碳酸二甲酯、甲醇共沸物体系进行分离。在萃取精馏塔（T-101）中，碳酸二甲酯与甲醇共沸物在萃取剂的作用下进行分离，T-101塔顶得到甲醇，而塔釜为萃取剂与碳酸二甲酯的混合组分。塔釜物料再经输料泵输送至碳酸二甲酯精制塔（T-102）中进行精馏操作。T-102为真空精馏塔，经精制后塔顶得到碳酸二甲酯产品；塔釜为萃取剂，再经输料泵输送至萃取精馏塔（T-101）中进行萃取精馏操作。

由于萃取剂为热敏性物质，T-102的操作压力在8 kPa以下。而碳酸二甲酯在此压力下的泡点温度在33 ℃左右，塔顶冷后温度要求在20 ℃左右。装置循环水的温度在 32～40 ℃之间（春、夏、秋三季），很难满足上述要求。因此在春、夏、秋三季，须得采用冷冻水进行冷却。

1.2 液体二氧化碳的使用

碳酸二甲酯生产所需的原料为碳酸丙烯酯，而碳酸丙烯酯为二氧化碳与环氧丙烷反应所得。二氧化碳以液体的形态储存于二氧化碳储罐中，使用时，液体二氧化碳经过泵输送至水浴式汽化器中进行加热变为气体二氧化碳使用。

1.3 现有碳酸二甲酯生产装置存在的问题

现有碳酸二甲酯生产装置，由于采用冷水机组制冷，装置电耗较大。冷水机组制冷系统每小时耗电量800 kW·h；而合成碳酸丙烯酯系统，又得需要对液体的二氧化碳进行加热，从而装置蒸汽消耗量较大。每小时消耗低压蒸汽4 t左右；如果能将液体二氧化碳的冷量加以利用，既可以节省冷水机组的电耗，又可以节省装置的蒸汽消耗。

2 结果与讨论

2.1 二氧化碳冷量的计算

液体二氧化碳在储罐中的温度为-23 ℃，经过换热后升温至10 ℃。装置二氧化碳的用量为4 000 kg/h。则二氧化碳在此升温过程中，每小时所吸收的热量为：

2.2 碳酸二甲酯精馏所需冷量计算

碳酸二甲酯精馏塔中，塔顶气相碳酸二甲酯经过冷却后变为液相。装置碳酸二甲酯的产量为4 000 kg/h 。在此过程中碳酸二甲酯所释放的热量为：

2.3 碳酸二甲酯精馏所需冷量计算

因此，由上述计算可以看出，装置二氧化碳的冷量足以冷却碳酸二甲酯精馏所需的热量。对上述系统进行耦合，将现有流程更改为以下流程：液体二氧化碳经过泵加压后先送至碳酸二甲酯精馏塔（T-102）塔顶冷凝器与气相碳酸二甲酯进行换热。换热后的二氧化碳部分变为气相，再进入水浴式汽化器中加热，加热后的二氧化碳全变为气体二氧化碳，再进入后续碳酸丙烯酯合成系统使用。而碳酸二甲酯精馏塔（T-102）塔顶的气相碳酸二甲酯经过液体二氧化碳冷凝后，温度降至 20 ℃以下，变为液相进入回流罐中。在此过程中，由于全部液体二氧化碳的冷量较大，因此须得控制进入换热器的二氧化碳流量来调节碳酸二甲酯的冷后温度在指标范围内（图1）。

2.4 二氧化碳冷量的利用经济效益

装置通过利用液体二氧化碳的冷量，达到了完全停开冷水机组的目的。同时，装置低压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）循环水温低不使用冷水机组外，其余月份均使用冷水机组制冷。电耗费用计算如下：800 kW×24 h/d×276 d×0.66元/kWh=349.74万元；煤耗费用每年节省约100万元左右。因此，通过液体二氧化碳冷量的利用，每年装置增效450万元左右。装置效益大大增强。

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

3 结 论

⑴ 装置运行证明，通过对液体二氧化碳冷量的利用，达到了停用冷水机组的目的，同时大大降低了装置的蒸汽消耗量。

⑵ 通过对液体二氧化碳的冷量加以利用，每年可以为装置增效450万元左右。装置经济效益大大提高。

[1] 潘鹤林，田恒水，宋新杰,等.酯交换法合成碳酸二甲酯研究[J].化学工业与工程，1998,15（2）：17-21.

[2] 肖远胜，张雪峥.酯交换法同时合成碳酸二甲酯及乙二醇[J].精细石油化工，2000,2（2）：1-3.

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[4] 上海浦马电气自动化有限公司. 二氧化碳冷量回收系统及方法：中国,102155613A[P].2010-12-23.

[5] 上海浦马电气自动化有限公司. 二氧化碳冷量回收装置：中国,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

张在忠（1966-），男，山东东营人，高级工程师，山东海科化工集团总经理。

杜桂强（1981-），男，工程师。E-mail：xiaoqiang-39@163.com，电话：0546-7791035。