Recientemente, el cristalizador de película descendente, desarrollado de forma independiente por DODGEN, ha sido incluido oficialmente en el Catálogo de procesos, tecnologías y equipos avanzados para la transformación y modernización de la industria petroquímica publicado por la Federación China de Petróleo e Industria Química. Este reconocimiento marca un hito importante: el cristalizador de DODGEN ha recibido un reconocimiento nacional autorizado por su papel en la fabricación de materiales químicos de alta gama.
Actualmente, el DODGEN Cristalizador de película descendente[1] ha logrado la aplicación industrial en la purificación de carbonato de etileno (CE) de grado electrónico, acaparando 56% de la cuota de mercado nacional.
En la siguiente sección, profundizaremos en los carbonatos de grado electrónico y en las tecnologías de separación con bajas emisiones de carbono que los sustentan.
【Acerca de los carbonatos】
Clasificación de los carbonatos
Los carbonatos se clasifican principalmente en carbonatos cíclicos y carbonatos lineales.
Los carbonatos cíclicos incluyen el carbonato de etileno (EC), el carbonato de propileno (PC), el carbonato de vinileno (VC) y el carbonato de fluoroetileno (FEC).
Los carbonatos lineales incluyen el dimetilcarbonato (DMC), el dietilcarbonato (DEC) y el etilmetilcarbonato (EMC).
Ruta principal del proceso
Carbonatos de grado electrónico, como materiales químicos de gran pureza y alto rendimiento, se utilizan ampliamente en campos de alta tecnología como las nuevas energías, la electrónica y la automoción. Como disolventes y aditivos esenciales en los electrolitos de las baterías de iones de litio y de iones de sodio, desempeñan un papel crucial en la determinación de la conductividad, la vida útil, la seguridad y el coste de producción global de las baterías.
【Normas de la industria--DODGEN colabora en el desarrollo de normas para promover la regulación de la industria】
En los últimos años, impulsada por el rápido crecimiento de los vehículos de nuevas energías y el almacenamiento de energía, la industria china de electrolitos se ha desarrollado a un ritmo impresionante. Sin embargo, la creación de un sistema maduro de normas industriales sigue estando rezagada, lo que da lugar a distintos niveles de calidad de los carbonatos de calidad electrónica: “Evaluation Requirements for Green Factories Producing Lithium Battery Electrolytes” y “Carbon Footprint Guidelines for Lithium Battery Products: Electrolitos”.”
La siguiente tabla resume los requisitos de especificación comúnmente adoptados para los productos de carbonato de grado electrónico en el mercado actual:
【Tecnología de separación baja en carbono--Cristalización por fusión de DODGEN: Mejorando la pureza, reduciendo el consumo de energía】
Impulsada por el rápido crecimiento de las ventas de vehículos de nueva energía y la demanda de almacenamiento de energía, la demanda mundial de productos electrolíticos está aumentando. En 2022, China envió 891.000 toneladas de electrolitos, lo que representa el 85,4% de la producción mundial. Se prevé que la demanda mundial alcance los 2,62 millones de toneladas en 2025 y supere los 8 millones de toneladas en 2030. Sin embargo, la capacidad de producción de electrolitos de China ya alcanzó los 4,29 millones de toneladas en 2023, con una tasa de utilización de la capacidad de menos de 40%, lo que indica un exceso de capacidad significativo que será difícil de digerir a corto plazo.Para seguir siendo competitiva, la industria debe abrirse paso a través de actualizaciones tecnológicas, optimización de costes y expansión global.
La tecnología de separación de bajas emisiones de carbono de DODGEN permite ahorrar energía y mejorar la calidad de los carbonatos de grado electrónico, lo que impulsa significativamente la competitividad de la industria.
Retos de las tecnologías de separación tradicionalesEl método tradicional de separación de los carbonatos de grado electrónico es la destilación, pero el proceso de destilación de los carbonatos de grado electrónico plantea varios problemas:
Azeótropos: Por ejemplo, el carbonato de dimetilo (DMC) forma un azeótropo con el metanol. El principal método actual para evitar el punto azeotrópico es la destilación por presión. Sin embargo, este proceso presenta inconvenientes como las múltiples columnas de destilación, el elevado consumo de energía, las numerosas impurezas en los productos y la calidad inestable de éstos.
Puntos de ebullición cercanos: Por ejemplo, la diferencia de punto de ebullición entre el carbonato de vinilo (VC) y su impureza, el dietilenglicol, es de sólo unos 2 °C a presión normal, lo que conlleva un aumento significativo del consumo de energía de separación.
Sensibilidad térmica: Los carbonatos suelen tener sensibilidad térmica, lo que significa que tienden a descomponerse o polimerizarse a altas temperaturas. Por ejemplo, la temperatura de sensibilidad térmica del carbonato de vinilo (VC) ronda los 60 °C, y la separación a altas temperaturas afecta negativamente al rendimiento del producto.
Altos requisitos de pureza: A excepción del carbonato de etileno fluorado (FEC), otros productos de grado electrónico requieren niveles de pureza de 99,99% o superiores. Dado que el factor de separación de la destilación disminuye a medida que aumenta la pureza del producto, el consumo de energía para separar productos de gran pureza aumenta exponencialmente.
Para hacer frente a los retos de separación de los carbonatos de grado electrónico, DODGEN ha adoptado “Cristalización en fusión y el ”Proceso de acoplamiento de cristalización-destilación por fusión“ para sustituir a las tecnologías de separación tradicionales. Este enfoque no sólo ha mejorado la calidad del producto, sino que también ha reducido significativamente el consumo de energía de producción, abriendo una nueva vía para la purificación de carbonatos de grado electrónico.
A diferencia de la destilación tradicional, que separa los componentes en función de las diferencias de punto de ebullición entre la sustancia principal y las impurezas, la cristalización por fusión separa los componentes en función de las diferencias de puntos de fusión. La fuerza motriz del proceso es la sobresaturación o el subenfriamiento de un componente en el líquido fundido. El proceso consta de dos etapas principales: la cristalización y la transpiración.
En el proceso de cristalización, a medida que la temperatura del líquido fundido disminuye gradualmente, un componente alcanza la sobresaturación y comienza a nuclearse, creciendo en cristales. Durante este proceso de crecimiento de los cristales, las impurezas del licor madre quedan inevitablemente atrapadas o adheridas a los cristales en bruto. Por lo tanto, después de la cristalización, se requiere un proceso de sudoración para purificar aún más el producto y obtener un producto de alta pureza. Normalmente, los carbonatos de grado electrónico requieren un proceso segmentado de varias etapas para lograr una alta pureza.
Ventajas de la tecnología de separación por cristalización en fusión de DODGEN
En comparación con la destilación tradicional, la tecnología de cristalización por fusión ofrece cinco ventajas fundamentales:
Eficiencia energéticaEl calor latente de la cristalización de la masa fundida suele ser sólo de 1/7 a 1/3 del calor de vaporización de la destilación. Si se tienen en cuenta las elevadas relaciones de reflujo y las pérdidas de calor en la destilación, el consumo de energía de la cristalización por fusión es sólo de 10% a 30% del de la destilación.
Funcionamiento a baja temperatura:El proceso de cristalización se realiza generalmente a bajas temperaturas y a presión normal, lo que elimina problemas como la volatilización del material y la contaminación. El proceso es más sencillo, más seguro y requiere unos requisitos de material de equipo menos estrictos debido a la menor corrosividad a temperaturas más bajas, lo que reduce tanto los costes de explotación como las inversiones fijas.
Pureza ultra altaLa cristalización en fusión puede separar productos de mayor pureza. El factor de separación en la cristalización en fusión puede ser muy alto y no se ve afectado por la pureza del producto. Con la experiencia, se han alcanzado niveles de pureza del producto del 99,999% y superiores.
Sin disolvente Introducción:En el caso de los isómeros y los materiales sensibles al calor, la destilación suele requerir muchos platos de destilación, altas relaciones de reflujo y operaciones de vacío. Estas duras condiciones, junto con las elevadas exigencias en cuanto a materiales y precisión de los equipos, suelen provocar problemas como la carbonización, la coquización y la polimerización en la columna de destilación, lo que se traduce en un bajo rendimiento del producto y en la imposibilidad de alcanzar una elevada pureza. La cristalización por fusión evita estos problemas. En estos sistemas, los puntos de fusión de las sustancias suelen diferir en decenas de grados, lo que hace de la cristalización en fusión una técnica de separación viable. Este método también evita la contaminación por disolventes de los productos y reduce la necesidad de recuperación de disolventes.
Adecuado para materiales especiales:Para los isómeros y las sustancias sensibles al calor, la destilación puede resultar difícil e ineficaz debido a los problemas de punto de ebullición y sensibilidad térmica. La destilación requiere numerosos platos de destilación, elevadas relaciones de reflujo y operaciones de vacío, lo que conlleva una gran complejidad operativa y estrictos requisitos de equipamiento. Incluso con estos esfuerzos, siguen siendo inevitables problemas como la carbonización y la polimerización, que reducen el rendimiento y la pureza. En cambio, la cristalización por fusión puede resolver estos problemas con eficacia, especialmente en sistemas en los que los puntos de fusión de las sustancias difieren considerablemente.
Estudio de caso DODGEN
A partir de ahora, DODGEN ha puesto en práctica docenas de casos de cristalización por fusión a escala industrial en el campo del carbonato de grado electrónico. A continuación, comparamos los procesos de separación tradicionales con la tecnología de separación por cristalización en fusión utilizando el carbonato de etileno (EC) como ejemplo.
El proceso de producción del carbonato de etileno (CE) implica la reacción del óxido de etileno (OE) y el dióxido de carbono (CO₂) en presencia de un catalizador dentro de un reactor para generar CE. Tras la reacción, el catalizador se recupera mediante evaporación flash. A continuación, la mezcla entra en la columna de eliminación de componentes ligeros para obtener CE de grado industrial, que se refina en una columna de purificación para producir CE de grado electrónico. El consumo de vapor en la sección de separación suele oscilar entre 1,2 y 1,8 toneladas de vapor por tonelada de producto.
Flujo de procesos tradicional:
Reacción → Evaporación flash → Columna de eliminación de componentes ligeros → Columna de purificación.
Principales inconvenientes del proceso tradicional:
Elevado consumo de vapor en la sección de separación
Grandes fluctuaciones en la pureza del producto
Amplias necesidades de espacio
DODGEN proporcionó una solución de adaptación personalizada para el sistema de separación del cliente mediante la sustitución completa de las unidades de destilación tradicionales (columna de eliminación de componentes ligeros y columna de purificación) por un sistema de cristalización en fusión.
Resultados tras la retroadaptación:
Consumo de vapor reducido en 70%,de 1,3 toneladas de vapor por tonelada de producto a aproximadamente 0,3 toneladas por tonelada.
Pureza del producto aumentó significativamente, alcanzando 99.998%
Eficacia de eliminación de impurezas muy mejorada
La huella de la planta se reduce en 30%
Beneficio económico anual de casi 10 millones de RMB guardado
Indicadores detallados de consumo de energía figuran en el cuadro siguiente:
