СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИМЕТИЛКАРБОНАТА ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ
METHOD OF OBTAINING HIGHLY PURE DIMETHYLCARBONATE

Данное изобретение относится к способу получения диметилкарбоната высокой чистоты.
Более конкретно, данное изобретение относится к способу получения диметилкарбоната высокой чистоты, в ходе которого диметилкарбонат подвергают воздействию цикла охлаждения и нагревания, который осуществляют при конкретных температурных условиях и с конкретными скоростями охлаждения и нагревания.
Указанный диметилкарбонат особенно пригоден в качестве органического растворителя в электронной промышленности, а более конкретно - в качестве органического растворителя для производства электролита литиевых источников тока.
Данное изобретение также относится к применению диметилкарбоната, полученного вышеуказанным способом, в качестве органического растворителя в электронной промышленности, а более конкретно - в качестве органического растворителя для производства электролита литиевых источников тока.
Известно, что диалкилкарбонаты являются важными промежуточными соединениями для синтеза химических веществ тонкого органического синтеза, фармацевтических продуктов и пластиков, и они пригодны в качестве синтетических смазывающих веществ, растворителей, пластификаторов, мономеров для органических стекол и различных полимеров, в том числе поликарбонатов.
В частности, благодаря его низкой токсичности и низкой реакционной способности, диметилкарбонат (ДМК) можно применять в качестве текучей среды, в малой степени воздействующей на окружающую среду, в многочисленных применениях, которые требуют присутствия растворителя, например, в качестве замены содержащих фтор растворителей, применяемых в электронной промышленности.
Известно, что применение в электронике, в частности, в качестве растворителя для получения электролита литиевых источников тока требует использования диметилкарбоната высокой чистоты, то есть выше 99,99%.
В этом отношении на существующем уровне техники известны способы получения диметилкарбоната высокой чистоты.
Например, в китайской патентной заявке 1944392 описан способ очистки диметилкарбоната высокой чистоты, включающий: охлаждение диметилкарбоната товарного сорта до температуры 4ºС (то есть до температуры, соответствующей температуре плавления диметилкарбоната), чтобы получить кристаллическое твердое вещество; прекращение охлаждения в момент, когда будет достигнуто заданное количество кристаллического твердого вещества, с получением смеси твердое вещество/жидкость; удаление жидкости, присутствующей в указанной смеси твердое вещество/жидкость, с получением кристаллического твердого вещества; нагревание указанного кристаллического твердого вещества с получением жидкого продукта, то есть диметилкарбоната, имеющего степень чистоты выше 99,99%. Утверждают, что диметилкарбонат, полученный вышеуказанным способом, пригоден в качестве растворителя для получения электролита литиевых источников тока.
В корейской патентной заявке KR 713141 описан способ получения диметилкарбоната высокой чистоты, включающий следующие стадии:
охлаждение исходного материала, содержащего по меньшей мере 85% масс. диметилкарбоната, полученного переэтерификацией алкиленкарбоната метанолом; переход от комнатной температуры до температуры в диапазоне от -5ºС до -25ºС, со скоростью охлаждения в диапазоне от 0,05ºС/мин до 0,7ºС/мин, чтобы произвести кристаллизацию в отсутствии растворителя; нагревание кристаллов, полученных в ходе указанной кристаллизации, до температуры в диапазоне от 10ºС до 20ºС, при скорости нагревания от 0,1ºС/мин до 0,5ºС/мин, чтобы частично расплавить указанные кристаллы и в то же время удалить примеси, содержащиеся в указанных кристаллах, с получением диметилкарбоната, имеющего степень чистоты по меньшей мере выше 99%.
Однако в вышеуказанных технологиях не указано количество хлора, присутствующего в полученном диметилкарбонате.
Автор изобретения рассмотрел проблему разработки способа получения диметилкарбоната, имеющего, в дополнение к высокой чистоте, то есть при степени чистоты выше 99,99%, содержание хлора не более 1 ppm (частей на миллион).
Автор изобретения обнаружил, что, подвергая диметилкарбонат циклу охлаждения и нагревания, проводимому при конкретных температурных условиях и при конкретных скоростях охлаждения и нагревания, можно получить диметилкарбонат, обладающий не только степенью чистоты выше 99,99% (то есть высокой чистотой), но также и содержанием хлора не более 1 ppm. Высокая степень чистоты и чрезвычайно низкое содержание хлора (то есть не более 1 ppm) делают указанный диметилкарбонат особенно пригодным в качестве органического растворителя в электронной промышленности, а более конкретно - в качестве органического растворителя для получения электролита литиевых источников тока.
Таким образом, объект данного изобретения относится к способу получения диметилкарбоната высокой чистоты, включающему:
- проведение охлаждения по меньшей мере одного диметилкарбоната товарного сорта, имеющего содержание хлора более 1 ppm, предпочтительно в диапазоне от 10 до 100 ppm, при температуре охлаждения в диапазоне от +6ºС до -5ºС, предпочтительно в диапазоне от +5ºС до -3ºС, и со скоростью охлаждения в диапазоне от 0,5ºС/час до 2ºС/час, предпочтительно в диапазоне от 0,8ºС/час до 1,5ºС/час, для получения диметилкарбоната в форме твердого вещества;
- проведение первого нагревания указанного диметилкарбоната в форме твердого вещества при температуре нагревания в диапазоне от -5ºС до +6ºС, предпочтительно в диапазоне от -3ºС до +5ºС, и при скорости нагревания в диапазоне от 1ºС/час до 5ºС/час, предпочтительно в диапазоне от 1,5ºС/час до 4ºС/час, для получения смеси, содержащей диметилкарбонат в твердом виде и заданное количество диметилкарбоната в жидком виде;
- отделение указанного диметилкарбоната в жидком виде от указанной смеси для получения диметилкарбоната в твердом виде;
- проведение второго нагревания указанного диметилкарбоната в твердом виде при температуре нагревания в диапазоне от 20ºС до 40ºС, предпочтительно в диапазоне от 25ºС до 35ºС, для получения диметилкарбоната в жидком виде, при этом указанный диметилкарбонат в жидком виде имеет степень чистоты выше 99,99% и содержание хлора не более 1 ppm.
Для целей данного описания и последующей формулы изобретения определения численных диапазонов всегда включают крайние значения, если не указано иного.
Для целей данного описания и последующей формулы изобретения термин «товарного сорта» означает диметилкарбонат, имеющий степень чистоты в диапазоне от 98% до 99,95%.
Для целей данного описания и последующей формулы изобретения термин «температура охлаждения» означает температуру охлаждающей текучей среды, используемой с целью проведения обработки по данному изобретению.
Для целей данного описания и последующей формулы изобретения термин «температура нагревания» означает температуру охлаждающей текучей среды, используемой с целью проведения обработки по данному изобретению.
В соответствии с предпочтительным примером воплощения данного изобретения, указанное охлаждение можно проводить в течение времени в диапазоне от 1 часа до 20 часов, предпочтительно в диапазоне от 5 часов до 15 часов.
Согласно предпочтительному примеру воплощения данного изобретения, указанное первое нагревание можно осуществлять в течение времени в диапазоне от 2 часов до 10 часов, предпочтительно в диапазоне от 3 часов до 8 часов.
Согласно предпочтительному примеру воплощения данного изобретения, указанное первое нагревание можно начинать, когда диметилкарбонат товарного сорта, подвергаемый указанному охлаждению, достиг температуры не ниже -2ºС, предпочтительно в диапазоне от -1,8ºС до -1ºС.
Согласно предпочтительному примеру воплощения данного изобретения, указанный диметилкарбонат в жидком виде может присутствовать в смеси, полученной после указанного первого нагревания, в количестве в диапазоне от 15% масс. до 30% масс., предпочтительно в диапазоне от 18% масс. до 25% масс. в расчете на общую массу исходного диметилкарбоната товарного сорта.
Следует отметить, что хлор, содержащийся в исходном диметилкарбонате товарного сорта, преимущественно остается в находящемся в жидком виде диметилкарбонате, находящемся в смеси, полученной после указанного первого нагревания.
Согласно предпочтительному примеру воплощения данного изобретения, диметилкарбонат, присутствующий в жидком виде в смеси, полученной после указанного первого нагревания, представляет собой диметилкарбонат, имеющий содержание хлора не ниже 4 ppm, предпочтительно в диапазоне от 40 ppm до 500 ppm.
Отделение диметилкарбоната в жидком виде от диметилкарбоната в твердом виде, которые оба присутствуют в смеси, полученной после указанного первого нагревания, осуществляют путем выпуска указанного диметилкарбоната в жидком виде из оборудования, применяемого для осуществления вышеуказанного способа.
Вышеуказанный способ можно осуществить на оборудовании, известном на существующем уровне техники, таком как, например, теплообменники, особенно в теплообменниках, снабженных оребренными трубами.
Диметилкарбонат, полученный вышеописанным способом, используют в качестве органического растворителя в электронной промышленности, в частности в качестве органического растворителя для получения электролита литиевых источников тока.
Ниже представлено несколько иллюстративных и неограничивающих примеров для лучшего понимания настоящего изобретения и для его воплощения.
ПРИМЕР 1
4450 кг диметилкарбоната товарного сорта, имеющего степень чистоты 99,9% и содержание хлора 15 ppm, загружали в теплообменник, снабженный оребренными трубами, со стороны межтрубного пространства. С другой стороны трубы теплообменника присоединены к системе охлаждения, способной контролировать температуру охлаждающей текучей среды, которая находится внутри оребренных труб.
В ходе подачи охлаждающую текучую среду поддерживали при температуре 22°C. В конце подачи, через 30 минут, охлаждающую текучую среду охлаждали до температуры 4,5°C в течение 20 минут, и диметилкарбонат оставляли при этой температуре в течение 30 минут.
Далее охлаждающую текучую среду дополнительно охлаждали до температуры -2,5°C, в течение 7 часов, при скорости охлаждения 1°C/час, и диметилкарбонат оставляли при этой температуре на 3 часа. В конце диметилкарбонат достигает температуры -1,5ºС и находится в форме твердого вещества.
Далее охлаждающую текучую среду нагревали до температуры 4,5ºС в течение 2 часов, при скорости нагревания 3,5ºС/час, и диметилкабонат оставляли при этой температуре в течение 5 часов, с получением смеси, содержащей жидкий диметилкарбонат (22,4% масс. в расчете на общую массу исходного диметилкарбоната) и твердый диметилкарбонат. Жидкий диметилкарбонат, имеющий содержание хлора 70 ppm, выпускали из теплообменника.
Затем охлаждающую текучую среду нагревали до температуры 30ºС в течение 40 минут, и оставляли диметилкарбонат при этой температуре на 4 часа, с получением жидкого диметилкарбоната. Полученный жидкий диметилкарбонат, имеющий степень чистоты 99,99% и содержание хлора менее 1 ppm, выпускали из теплообменника.
Степень чистоты определяли с помощью газохроматографического анализа, в то время как содержание хлора определяли согласно стандарту ASTM D4929-07 (Метод В).
На фиг.1 показан характер изменения температуры охлаждающей текучей среды и температуры диметилкарбоната в ходе вышеописанного процесса: по ординате указана температура в ºС, по абсциссе - время в часах.