[发明专利]一种电子级碳酸二甲酯的制备方法和制备装置

说明书

本发明涉及锂电池电解液领域，具体涉及一种电子级碳酸二甲酯的制备方法和制备装置，包括悬浮结晶器、固液分离器、静态结晶器和脱水塔；悬浮结晶器依次通过固液分离器和静态结晶器与脱水塔连接；DMC粗品通过悬浮结晶、固液分离、静态结晶和脱水的步骤得到电子级DMC。与现有技术相比，本发明结合悬浮结晶和静态结晶对DMC粗品进行提纯，针对碳酸二甲酯的物性，充分利用二种结晶方式的工艺特点，实现电子级DMC的生产，使产品中甲醇含量低于20ppm，水含量低于20ppm，碳酸二甲酯的含量不低于99.99wt％；又在工艺中设置多处物料循环，使得最终电子级DMC中碳酸二甲酯的收率达到80％以上。

技术领域

本发明涉及锂电池电解液领域，具体涉及一种电子级碳酸二甲酯的制备方法和制备装置。

背景技术

20世纪90年代后期，绿色化学的兴起为人类解决化学工业对环境污染问题提供了有效的手段。根据绿色化学的观点，治污的根本应从生产的始端入手，即从原料开始就采用无毒或低毒原料、生产、过程尽可能采用不产生污染物的生产工艺。在这一背景之下，碳酸二甲酯(Dimethyl carbonate，简称DMC)便以一种“绿色中间体”的形象得到了新生。DMC毒性很低，欧洲在1992年将它列为无毒化学品。作为一种新型的绿色化学品，DMC本身已经可以通过甲醇的氧化羰基化实现绿色化生产。DMC的分子结构为CH₃O-CO-OCH₃，因结构中有甲基、羰基和甲氧基等基团，因此在有机合成中作为羰基化、甲基化、甲酯化等试剂，其作用越来越引人注目。进入21世纪后，随着电动汽车行业的兴起，高品质电解液的需求也随之增加。DMC具有溶解能力强、性质稳定、毒性小，是优良的电解液配方之一。

GB/T 33107-2016中规定，电子级碳酸二甲酯中碳酸二甲酯的含量需达到99.99wt％以上，并且其中甲醇含量需低于20ppm，水分含量需低于30ppm，目前已有一些企业要求电子级碳酸二甲酯中的水分含量需低于20ppm。

目前，可以生产碳酸二甲酯的工艺有光气甲醇法、甲醇氧化羰基化法、酯交换法、尿素醇解法以及二氧化碳甲醇法，其中酯交换法以及尿素醇解法已经进入工业化应用阶段。此外值得注意的是，在煤制乙二醇工艺中会副产约2％左右的碳酸二甲酯，2019年我国煤制乙二醇的产量达到449万吨，每年副产约7～8万吨的碳酸二甲酯，因此从乙二醇工艺中回收并生产电子级碳酸二甲酯是当前的研究热点之一。

中国专利CN111454152A公开了电子级碳酸二甲酯的制备方法及其制备装置，包括：1)将碳酸丙烯酯和甲醇混合，在甲醇钠催化作用下进行酯交换反应，得到碳酸二甲酯/甲醇共沸物；2)将碳酸二甲酯/甲醇共沸物采用分子筛膜进行分离，得到甲醇和碳酸二甲酯粗品；3)将碳酸二甲酯粗品进行精馏，得到纯度≥99.7％的工业级碳酸二甲酯；4)将纯度≥99.7％的工业级碳酸二甲酯依次进行降温结晶、升温发汗和熔化，得到电子级碳酸二甲酯。但该专利的流程复杂、工艺步骤多，精馏能耗高，并且分子筛膜的处理量通常较小，容易堵塞，需要频繁更换，进一步增加工艺费用，经济效益较低。

中国专利CN111704545A公开了熔融结晶分离碳酸二甲酯甲醇共沸物的方法及其应用，具体为将碳酸二甲酯含量为25％-35％的碳酸二甲酯甲醇共沸物通入熔融结晶装置，通过降温使碳酸二甲酯以结晶形式析出，然后经升温发汗，使碳酸二甲酯晶体发生部分熔融，排除结晶过程中包藏的杂质，进一步纯化碳酸二甲酯，最终获得高纯度碳酸二甲酯产品及低浓度结晶母液。其中碳酸二甲酯自共沸体系中结晶温度为-20至-40℃，结晶段操作平衡温度为-50至-60℃；碳酸二甲酯产品纯度为99.9％-99.999％，结晶母液浓度为5％-15％。但该专利的碳酸二甲酯产品未考虑电子级碳酸二甲酯中对甲醇含量和水含量的限制，且生产工艺中结晶温度低，导致工艺的设备投资和能耗均较高，并会降低工艺安全性。