年產(chǎn)2.7萬噸碳酸二甲化工廠設(shè)計開題匯報

1、年產(chǎn)2.7萬噸碳酸二甲化工廠設(shè)計開題匯報本科生畢業(yè)設(shè)計開幕報告題目：年產(chǎn)2.7萬噸碳酸二甲酯化工廠設(shè)計姓名：王曉曦學(xué)號：202208010326講師：李磊班級：化學(xué)123系：化學(xué)化工學(xué)院1陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計開放報告年產(chǎn)2.7萬噸碳酸二甲酯化工廠設(shè)計1概述碳酸二甲酯（dimethylcabonate）簡稱dmc，常溫時是一種無色透明、略有氣味、微甜的液體，熔點4，沸點90.1，密度1.069g/cm,難溶于水，但可以與醇、醚、酮等幾乎所有的有機溶劑混溶。dmc在常壓下和甲醇共沸，共沸溫度63.8。dmc毒性很低，是一種符合現(xiàn)代清潔工藝要求的環(huán)保型化工原料，因此dmc的合成技術(shù)受到了國內(nèi)外化工界

2、的廣泛重視。DMC具有獨特的分子結(jié)構(gòu)（ch3o-co-och3）和優(yōu)異的性能，因此有著非常廣泛的應(yīng)用。主要用作羰基化和甲基化試劑、汽油添加劑、合成聚碳酸酯（PC）的原料等。DMC的大規(guī)模生產(chǎn)是采用聚碳酸酯的非光氣合成工藝進行的。32碳酸二甲酯市場現(xiàn)狀目前世界碳酸二甲酯的總生產(chǎn)能力約為17萬t/a，產(chǎn)量和消費量約為9萬t/a，主要的生產(chǎn)企業(yè)十幾家。我國碳酸二甲酯的開發(fā)始于20世紀80年代，早期的生產(chǎn)裝置均采用國內(nèi)開發(fā)的光氣法工藝路線，裝置規(guī)模在300500t/a之間，大多建在光氣生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)，產(chǎn)品以自產(chǎn)自用為主。20世紀90年代以后，對碳酸二甲酯的非光氣法生產(chǎn)工藝進行了開發(fā)研究，尤其是在酯交換法工

3、藝的研發(fā)方面投入了大量的人力、物力。我國已經(jīng)基本掌握了非光氣合成碳酸二甲酯的生產(chǎn)工藝，是目前世界上能生產(chǎn)碳酸二甲酯的少數(shù)幾個國家之一。我國碳酸二甲酯生產(chǎn)企業(yè)有20多家，2002年生產(chǎn)能力2萬t/a以上，產(chǎn)量約1萬t/a。3碳酸二甲酯合成技術(shù)綜述dmc傳統(tǒng)的生產(chǎn)路線為光氣法，但是由于光氣的高毒性和腐蝕性以及氯化鈉排放的環(huán)保問題而使得這一路線正逐漸被淘汰，普遍采用的合成路線有三種：以氯化銅或一氧化氮為催化劑的氧化羰基化反應(yīng)、碳酸丙烯酯與甲醇的酯交換反應(yīng)、尿素甲醇解反應(yīng)。3.1光氣法co+cl2cocl2（1）2ch3oh+cocl2ch3oc（o）och3+2hcl（2）2ch3ona+cocl2

4、ch3oc（o）och3+2nacl（3）它是合成dmc較早的方法，實際上是間接氧化羰基化過程。此法生產(chǎn)dmc的收率按甲醇計為90%，純度95%以上。ludo提出用甲醇鈉與co2反應(yīng)生成碳酸鈉甲酯，再以甲烷使其甲基化生成dmc。光氣法是一種傳統(tǒng)的合成方法，工藝簡單，技術(shù)成熟。這些方法雖然DMC收率高，但存在操作周期長、成本高、原料光氣劇毒、安全性差、運輸不便、三廢量大等問題，不符合新能源和環(huán)境的發(fā)展要求。目前，光氣法正逐漸被其他方法所取代，屬于消除法。3.2甲醇氧化羰基化法二年產(chǎn)2.7萬噸碳酸二甲酯化工廠設(shè)計在該方法中，甲醇、CO和O2在催化劑作用下直接合成DMC。反應(yīng)式如下：co+1/2o2

5、+2ch3ohch3oc(o)och3+h2o根據(jù)使用的催化劑不同，主要有以下兩種不同的工藝路線。3.2.1液相法該法是以甲醇、co和氧氣為原料的均相反應(yīng)，cucl為催化劑。反應(yīng)分2步進行:氧化反應(yīng)：2cucl+2ch3oh+1/2O2 2Cu（CH3O）Cl+H2O還原反應(yīng)：2Cu（CH3O）Cl+CO ch3oc（o）OCH3+2cucl3.2.2氣相法其化學(xué)原理與液相法相同。所用催化劑為pd-cl2和CuCl/C固體催化劑。反應(yīng)也分為兩步：氧化反應(yīng)：2No+2ch3oh+1/2O2 2ch3ono+H2O，還原反應(yīng)：CO+2ch3ono ch3oc（o）OCH3+2No氣相法目前仍處于試

6、驗研究階段，常壓操作，生產(chǎn)穩(wěn)定性高，催化劑活性高，甲醇轉(zhuǎn)化率高，但是反應(yīng)中使用含氮氧化物，對設(shè)備腐蝕嚴重，且dmc與草酸二甲酯分離困難，催化劑比較貴，壽命達不到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。這些缺點限制了dmc工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展。液相法已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)安全性高，缺點是由于反應(yīng)副產(chǎn)物主要是水，水對催化劑影響較大，所以甲醇單程轉(zhuǎn)化率較低。另外，鹵化物催化劑中引入氯離子，腐蝕性強，催化劑壽命短。3.3酯交換酯交換法是以碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯與甲醇酯交換反應(yīng)生產(chǎn)碳酸二甲酯，同時聯(lián)產(chǎn)乙二醇或丙二醇。碳酸乙烯酯是以環(huán)氧乙烷與二氧化碳合成的，碳酸丙烯酯則是以環(huán)氧丙烷與二氧化碳合成的。3.3.1碳酸乙烯酯與甲醇酯

7、交換法（ch2o）2co+2ch3oh（ch3o）2co+hoch2ch2oh該技術(shù)的經(jīng)濟性對原料環(huán)氧乙烷和副產(chǎn)品乙二醇的價格比較敏感。其生產(chǎn)能力受原料的豐富程度影響較大。3.3.2碳酸丙烯酯鈉（PC）與甲醇的酯交換反應(yīng)c4h6o3+2ch3oh(ch3o)2co+ch3chohch2oh一般來說，酯交換法（以環(huán)氧化物為偶聯(lián)劑間接合成二氧化碳和甲醇）具有產(chǎn)率高、腐蝕性低、反應(yīng)條件溫和、工藝無毒等優(yōu)點。然而，由于丙二醇或乙二醇的聯(lián)合生產(chǎn)，仍然存在一些缺點，例如原料（環(huán)氧化物）的易燃性和爆炸性，生產(chǎn)成本容易受到市場的影響。3.4尿素醇解尿素醇解法以來源廣泛、價格低廉的尿素和甲醇作基本原料，具有原料

8、價廉易得、工藝簡單和反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣可以回收利用等優(yōu)點，并且反應(yīng)過程無水生成，避免了甲醇2dmc2水復(fù)雜體系的分離問題,使后續(xù)分離提純簡單化，節(jié)省投資，尤其對現(xiàn)有化肥廠開發(fā)三陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計開題報告下游產(chǎn)品具有吸引力，發(fā)展前景廣闊。通過尿素醇解合成碳酸二甲酯通常被認為分兩步進行。尿素合成碳酸二甲酯的主要工藝路線有三條：3.4.1尿素直接醇解合成碳酸二甲酯。反應(yīng)方程式如下：nh2conh2+2ch3oh(ch3o)2co+2nh3事實上，這是分兩步進行的。尿素首先醇化為氨基甲酸甲酯，然后進一步醇化為碳酸二甲酯。具體反應(yīng)如下：nh2conh2+ch3ohnh3cooch3+nh3nh2cooch

9、3+ch3oh(ch3o)2co+nh3在一定的反應(yīng)溫度和壓力下，尿素首先與醇分子反應(yīng)生成氨基甲酸酯化合物。然后，生成的氨基甲酸酯化合物在有機錫催化劑存在下與另一個醇分子反應(yīng)，形成碳酸二酯。兩步反應(yīng)的醇可以相同，也可以不同。氨基甲酸酯與第二反應(yīng)醇的摩爾比控制在2:110:1之間，反應(yīng)體系中碳酸二酯的質(zhì)量百分比控制在1%3%之間。該反應(yīng)過程中尿素轉(zhuǎn)化率高，選擇性好，具有良好的應(yīng)用前景和較強的競爭力。3.4.2尿素一碳酸丙烯酯(或碳酸乙烯酯)一碳酸二甲酯路線該路線分為兩步：尿素與丙二醇反應(yīng)制備碳酸丙烯酯，碳酸丙烯酯與甲醇反應(yīng)制備碳酸二甲酯。碳酸丙烯酯與甲醇酯交換制備碳酸二甲酯是一個比較成熟的工藝，

10、其中碳酸丙烯酯的合成主要是二氧化碳與環(huán)氧丙烷的環(huán)加成反應(yīng)。3.4.3尿素-二苯基脲-苯氨基甲酸甲酯-碳酸二甲酯路線這條路線由三個連續(xù)的反應(yīng)組成。中間產(chǎn)品二苯基脲和苯氨基甲酸甲酯是重要的化工產(chǎn)品。反應(yīng)過程分為三個步驟。反應(yīng)方程式如下：nh2conh2+2phnh2phnhconhph+2nh3（1）phnhconhph+ch3ohphnhcooch3+phnh3（2）2phnhcooch3phnhconhph+(ch3o)2co（3）路線第一步和第二步的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)量相對較高。在第三步中，當原料苯氨基甲酸甲酯歧化反應(yīng)生成碳酸二甲酯時，也可以發(fā)生分解反應(yīng)生成苯異氰酸酯。在一定條件下，這兩種反應(yīng)是競爭

11、反應(yīng)。選擇合適的催化劑和反應(yīng)條件對提高苯氨基甲酸甲酯反應(yīng)的選擇性具有重要的理論意義。然而，該路線步驟多，設(shè)備投資大，工業(yè)化難度大。4本設(shè)計采用的工藝路線尿素醇解法最明顯的優(yōu)點是反應(yīng)過程中沒有水，消除了DMC-甲醇-水共沸體系的后續(xù)分離。這是最經(jīng)濟的生產(chǎn)方法。雖然上述三種方法都有許多問題需要解決，但出于經(jīng)濟和原料的考慮，它們有望取代現(xiàn)有的酯交換工藝。尿素醇解的原料尿素和甲醇的生產(chǎn)工藝在中國已經(jīng)非常成熟，產(chǎn)量巨大，因此原料來源廣泛，價格低廉。在尿素生產(chǎn)中使用二氧化碳可以減少溫室效應(yīng)。因此，我們選擇尿素醇解作為本廠合成碳酸二甲酯的工藝方案。本廠采用的尿素醇解法流程：來自總廠的尿素和甲醇在混合釜中進行

12、充分的混合，四年產(chǎn)2.7萬噸碳酸二甲酯化工廠設(shè)計然后進入常壓反應(yīng)器進行反應(yīng)，生成中間產(chǎn)物氨基甲酸甲酯，經(jīng)蒸餾塔分離。塔底產(chǎn)物，即氨基甲酸甲酯、尿素混合物和極少量甲醇，進入碳酸二甲酯反應(yīng)器進行反應(yīng)。反應(yīng)后，碳酸二甲酯混合氣經(jīng)蒸餾塔冷凝預(yù)分離，除去部分甲醇，然后萃取，使甲醇完全分離，含有碳酸二甲酯的萃取相經(jīng)蒸餾塔分離碳酸二甲酯，得到最終產(chǎn)品。反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氨和甲醇的混合物被不斷添加的氮氣和甲醇帶走。分離后的氨氮混合物進入總廠合成氨，甲醇返回儲罐作為原料重復(fù)使用。在每個步驟中分離的尿素、萃取劑和催化劑被抽回并重新使用。5任務(wù)完成的階段及時間安排1-3周：熟悉主題，收集資料，完成開場報告及相關(guān)文件的

13、準備。到相關(guān)廠家參觀實習(xí)，收集相關(guān)參數(shù)，主要包括碳酸二甲酯的工藝參數(shù)，4-6周原料的選擇和規(guī)格，原料配比，原料轉(zhuǎn)化率，中間產(chǎn)品和產(chǎn)品的收率，了解碳酸二甲酯制備方法的生產(chǎn)工藝和流程，了解相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的選型規(guī)定和選型的相關(guān)要求，熟悉廠區(qū)車間布置和擬建廠址的氣象、自然條件。6-10周：對主要生產(chǎn)設(shè)備的規(guī)格型號進行工藝計算、選型及相關(guān)計算，對工廠建設(shè)投資進行估算，對產(chǎn)品規(guī)格進行預(yù)算，比較產(chǎn)品規(guī)格的國標要求，確定產(chǎn)品質(zhì)量。使用相關(guān)繪圖軟件繪制工藝流程圖、車間布置圖（分層表示）、車間立面圖（11-14周：（必要時用剖面圖表示）、廠房布置圖等。工藝流程圖應(yīng)涵蓋主要工藝設(shè)備，并正確標明設(shè)備的型號和規(guī)格。15-17周：18周：根據(jù)畢業(yè)