[发明专利]制备氨基甲酸甲酯的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及基本有机合成技术领域，特别是，涉及一种中温中压且无催化剂的条件下制备氨基甲酸甲酯的方法及设备。 

背景技术

以甲醇和尿素为原料制备氨基甲酸甲酯的方法大体上可分为三种类型：（1）无催化剂的高温高压合成方法；（2）常温常压催化合成方法；和（3）中温中压催化合成方法。第一类的无催化剂的高温高压合成方法，早在上世纪五六十年代就被许多国家采用。该工艺要求温度高达200℃以上，压力高达几十兆帕，而且收率不高（<60％）。第二类是常温常压催化合成方法。该方法以过渡金属的氧化物或其盐类和一些无机酸组成催化体系，反应时间长，收率低，且对设备存在严重腐蚀，产品的精制也很麻烦。第三类是中温中压催化合成方法。这类方法是70年代以来开发的方法，其温度、压力和反应时间皆适中，氨基甲酸甲酯的收率在80％以上。但反应使用的催化剂是过渡金属的氧化物或盐与硫酸、硝酸、磷酸及聚磷酸等无机酸的复合物，仍存在对设备的腐蚀问题。 

美国专利US3554730介绍的氨基甲酸甲酯的合成方法，以尿素和甲醇为原料，以多聚磷酸为耦合剂，反应所需的温度在140℃左右、压力为0.8～1.0MPa，氨基甲酸甲酯的收率大于85%，其副产物多聚磷酸铵很容易通过过滤分离出来。 

“尿素低压均相催化法生产氨基甲酸甲酯（袁存光等，中国石油大学）”技术采用高沸点供电子溶剂、中性环保型催化剂、在0.5MPa低压均相催化条件下反应，温度为中温，解决了尿素在反应条件下分解的问题，使反应的转化率（以尿素计）达到了83%，催化剂的选择性由目前已有生产技术的90%提高至98%以上，且产品纯度超过99.4%。 

发明内容

本发明的目的是提供一种以尿素和甲醇为原料、中温中压且无催化剂参与的条件下制备氨基甲酸甲酯的方法，该方法提高了尿素转变为氨基甲酸甲酯的转化率，且通过将回收的氨气再生成尿素，降低了生产成本。由于再生成尿素时可利用尿素生产线上将被排放的过量的 二氧化碳，还可减少碳排放，有利于环境保护。进一步的，本发明的另一个目的是提供一种制备氨基甲酸甲酯的设备。 

一种制备氨基甲酸甲酯的设备，包括：反应釜，用于容纳尿素和甲醇，使尿素和甲醇在反应釜中混合及反应，以生成含有氨基甲酸甲酯和氨气的反应产物；冷凝装置，冷凝装置可选择性地与反应釜相连通；氨气回收装置，氨气回收装置与反应釜可选择性地相连通，以回收氨气；尿素合成装置，与氨气回收装置相连，以便所回收的氨气被输送至尿素合成装置中，与二氧化碳反应再生成尿素。 

在一个实施例中，氨气通过冷凝装置以进入氨气回收装置。在冷凝装置中，氨气与甲醇分离后进入氨气回收装置。 

在一个实施例中，该方法进一步包括将反应釜内的反应产物转移，例如趁热出料至另一减压蒸馏釜中，经减压蒸馏后得到氨基甲酸甲酯，所分离的氨基甲酸甲酯的纯度可高达99%或更高。 

在一个实施例中，该设备进一步包括甲醇回收装置，甲醇回收装置分别选择性地与冷凝装置和反应釜相连通。通过与甲醇回收装置连通的冷凝装置，使气-液两相分离，以回收甲醇。所回收的甲醇可通过循环泵返还反应釜，使甲醇得到循环利用。此外，回收的甲醇中含有的部分氨基甲酸甲酯，经过反复循环利用（例如将回收的甲醇再次加入反应釜中与尿素反应），整体上有利于提高氨基甲酸甲酯的收率。 

在一个实施例中，所述尿素合成装置可以为尿素生产线，所回收的氨气被输送至尿素生产线中与二氧化碳反应生成尿素。这样一方面可以利用现有尿素生产线排放出的温室气体二氧化碳，有利于环境保护；另一方面副产物氨气可以被回收利用，所生产的尿素再作为本方法的原料使用，可进一步降低生产成本。本领域的技术人员可以理解，本发明的尿素生产线为普通的尿素合成线路，并无特殊限制。 

在一个实施例中，反应釜包括搅拌器，以对容纳在反应釜中的尿素和甲醇进行搅拌。 

在一个实施例中，在尿素和甲醇在反应釜内反应的情况下，反应釜内的温度控制在150～200℃。 

在一个实施例中，在尿素和甲醇在反应釜内反应的情况下，尿素与甲醇的投料摩尔比为1:6～10。 

在一个实施例中，在尿素和甲醇在反应釜内反应的情况下，反应釜内的压力相应为1.6～2.0MPa。