年產(chǎn)2.7萬噸碳酸二甲化工廠設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、俁4翁笈天號本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題目：年產(chǎn)2.7萬噸碳酸二甲酯化工廠設(shè)計(jì)姓名：王小西學(xué)號：201208010326指導(dǎo)教師：李磊班級：化工123所在院系：化學(xué)與化工學(xué)院年產(chǎn)2.7萬噸碳酸二甲酯化工廠設(shè)計(jì)概述碳酸二甲酯(DimethylCabonate)簡稱DMC,常溫時(shí)是一種無色透明、略有氣味、微甜的液體，熔點(diǎn)4，沸點(diǎn)90.1，密度1.069g/cm3,難溶于水，但可以與醇、醚、酮等幾乎所有的有機(jī)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)外化工界的廣泛重視。DMC的分子結(jié)構(gòu)獨(dú)特(CH3O-C

2、O-OCH3)，性能優(yōu)異，因此具有非常廣泛的用途，主要用作玻基化和甲基化試劑、汽油添加劑、合成聚碳酸酯(PQ的原料等。DMC的大規(guī)模生產(chǎn)就是伴隨著聚碳酸酯的非光氣合成工藝而發(fā)展起來的。碳酸二甲酯的市場現(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(fèi)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(jì)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(jì)90年代以后，對碳酸二甲酯的非光氣法生產(chǎn)工藝進(jìn)行了開發(fā)研究，尤其是在酯交換法工藝的研發(fā)方面投入了大量的人力、物力。我國已經(jīng)基

3、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(gè)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。碳酸二甲酯合成工藝技術(shù)概況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)。光氣法 TOC o 1-5 h z CO+C2-COOl(1)2CH30H+COC2-CHOC(O)OCR+2HCl(2)2CH3ONa+COQ-CHOC(O)OCH3+2N

4、aCl(3)它是合成DMC較早的方法，實(shí)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(jì)為90%,純度95%以上。Ludo提出用甲醇鈉與CQ反應(yīng)生成碳酸鈉甲酯，再以甲烷使其甲基化生成DMC。光氣法是傳統(tǒng)的合成方法，工藝簡單，技術(shù)成熟，雖然這些方法的DMC產(chǎn)率較高，但存在操作周期長，成本高，原料光氣劇毒，安全性差，運(yùn)輸不方便，三廢量大等問題，不符合新的能源和環(huán)境的發(fā)展要求。目前，光氣法正在逐步被其它方法取代，屬于淘汰性工藝。甲醇氧化羰基化法該法以甲醇、C。O2為原料，在催化劑作用下直接合成DMC,其反應(yīng)式如下：CO+7202+2CH30HfCHOC(O)OCH+H2O根據(jù)使用的催化劑不同，

5、主要有以下2種不同的工藝路線。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(jìn)行：氧化反應(yīng)：2CuCl+2CHOH+1/2O2f2Cu(CHO)Cl+H2O還原反應(yīng)：2Cu(CH3O)Cl+COf3OIC(O)OCR+2CuCl氣相法其化學(xué)原理與液相法相同。所用催化劑為Pd-Cl2、CuCl/C固體催化劑，反應(yīng)也是分2步進(jìn)行：氧化反應(yīng):2NO+2CHOH+1/2O2-2CRONO+H2O還原反應(yīng):CO+2CHONOfCHOC(O)OCR+2NO氣相法目前仍處于試驗(yàn)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(yán)重

6、，且DMC與草酸二甲酯分離困難，催化劑比較貴，壽命達(dá)不到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。這些缺點(diǎn)限制了DMC工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展。液相法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)安全性高，缺點(diǎn)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(qiáng)，催化劑壽命短。酯交換法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(shí)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。碳酸乙烯酯與甲醇酯交換法(CH2O)2CO+2CHOH-(CHO)2CO+HOCHCH20H該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性對原料環(huán)氧乙烷和副產(chǎn)品乙二醇的

7、價(jià)格比較敏感。其生產(chǎn)能力受原料的豐富程度影響較大。碳酸丙烯Na(PC內(nèi)甲醇的酯交換法C4H6O3+2CH30Hf(CHO)2CO+CRCHOHCH20H總體說來，酯交換法(以環(huán)氧烷為耦合劑的C02和甲醇間接合成法)具有收率高、腐蝕性小、反應(yīng)條件溫和、過程無毒等優(yōu)點(diǎn)。但仍存在原料(環(huán)氧烷)易燃易爆以及因過程聯(lián)產(chǎn)丙二醇或乙二醇使其生產(chǎn)成本易受市場影響等缺點(diǎn)。尿素醇解法尿素醇解法以來源廣泛、價(jià)格低廉的尿素和甲醇作基本原料，具有原料價(jià)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(diǎn)，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)下

8、游產(chǎn)品具有吸引力，具有廣闊的開發(fā)前景。尿素醇解制備碳酸二甲酯的合成反應(yīng)過程一致認(rèn)為是分兩步進(jìn)行的。由尿素出發(fā)合成碳酸二甲酯主要有以下三條工藝路線：直接尿素醇解法合成碳酸二甲酯路線其反應(yīng)方程式如下:NH2CONH2+2CH30Hf(CMRCO+2NHs實(shí)際上分兩步進(jìn)行，尿素首先醇解為氨基甲酸甲酯、然后再進(jìn)一步醇解為碳酸二甲酯,具體反應(yīng)為：NH2CONH2+CHOHfNHCOOCH+NH3NH2COOCH+CH30Hf(CH3O)2CO+NH3一定的反應(yīng)溫度和壓力條件下，尿素先與一分子的醇反應(yīng)生成氨基甲酸酯類化合物。然后生成的氨基甲酸酯類化合物再與另一分子的醇在以有機(jī)錫催化劑存在時(shí)反應(yīng)生成碳酸二酯

9、類化合物。兩步反應(yīng)的醇可以相同也可以不同。控制氨基甲酸酯與第二步反應(yīng)醇的摩爾比在2:110:1之間，控制反應(yīng)體系中碳酸二酯類化合物質(zhì)量百分含量在1%-3%之間。該反應(yīng)工藝中尿素的轉(zhuǎn)化率較高，選擇性也較好，顯示了較好的用前景，具有較強(qiáng)的竟?fàn)幜ΑＤ蛩匾惶妓岜?或碳酸乙烯酯)一碳酸二甲酯路線該路線分兩步進(jìn)行，尿素與丙二醇反應(yīng)制備碳酸丙烯酯，碳酸丙烯酯再與甲醇反應(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比較成熟的工藝，其中碳酸丙烯酯多采用二氧化碳與環(huán)氧丙烷環(huán)加成反應(yīng)合成。尿素-二苯基脲-苯氨基甲酸甲酯-碳酸二甲酯路線這條路線是由三個(gè)連續(xù)反應(yīng)組成，中間產(chǎn)物二苯基脲與苯氨基甲酸甲酯都是重

10、要的 TOC o 1-5 h z 化工產(chǎn)品，該反應(yīng)歷程分三步進(jìn)行，反應(yīng)方程式如下:NH2CONH2+2PhNH2.PhNHCONHPh+2NH(1)PhNHCONHPh+CHOHPhNHCOOCH+phNH3(2)2PhNHC00CHfPhNHCONHPh+(CHO)2CO(3)該路線的第一步和第二步的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率都比較高。第三步的原料苯氨基甲酸甲酯歧化反應(yīng)生成碳酸二甲酯時(shí)，也可以發(fā)生分解反應(yīng)生成苯異氰酸酯。并且在一定條件下兩個(gè)反應(yīng)是競爭反應(yīng)，選擇合適的催化劑和反應(yīng)條件提高苯氨基甲酸甲酯反應(yīng)的選擇性具有理論意義。但該路線步驟多，設(shè)備投資大，工業(yè)化比較困難。本設(shè)計(jì)采用的工藝路線尿素醇解法的最明顯

11、的優(yōu)勢是反應(yīng)過程沒有水生成，省去后續(xù)的DMC一甲醇一水共沸體系的分離，是最經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)方法。上述3種方法雖都存在很多需要解決的問題，但從出于經(jīng)濟(jì)和原料的考慮有望替代現(xiàn)有的酯交換法生產(chǎn)工藝。尿素醇解法的原料尿素和甲醇的生產(chǎn)工藝國內(nèi)已經(jīng)很成熟，產(chǎn)量大，所以原料來源廣且價(jià)廉，尿素生產(chǎn)中利用了C02可以減少溫室效應(yīng)，因此我們選擇尿素醇解法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(jìn)行充分的混合，然后進(jìn)入常壓反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，生成中間產(chǎn)物氨基甲酸甲酯，經(jīng)精微塔進(jìn)行分離，塔底產(chǎn)品即氨基甲酸甲酯、尿素混合液及極少量的甲醇進(jìn)入碳酸二甲酯反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的碳

12、酸二甲酯混合氣體冷凝后先經(jīng)一個(gè)精儲塔預(yù)分離除去部分甲醇，再進(jìn)行萃取以便較徹底的分離甲醇，含碳酸二甲酯的萃取相則經(jīng)由一個(gè)精微塔分離出碳酸二甲酯，得到最終產(chǎn)品。反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氨氣甲醇混合氣被不斷加入的氮?dú)夂图状紟ё?，?jīng)分離后，氨氣與氮?dú)饣旌蠚馇巴倧S合成氨，甲醇則回儲罐作為原料再利用。各步驟中分離出的尿素、萃取劑、催化劑等則由泵打回重新利用。5任務(wù)完成的階段及時(shí)間安排1-3周：熟悉題目，收集資料，并完成開題報(bào)告及相關(guān)文件的編寫。到相關(guān)廠家進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)并收集有關(guān)參數(shù)，主要有碳酸二甲酯的工藝參數(shù)，原料的選擇及規(guī)格，原料的配料比，原料的轉(zhuǎn)化率，中間產(chǎn)品及產(chǎn)品的得率，碳酸二4-6周：甲酯制備法的生產(chǎn)工藝及流程，了解相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的選擇規(guī)定及型號選擇的相關(guān)要求等，并要熟悉廠區(qū)車間的安排布置及擬建廠址的氣象與自然條件等。進(jìn)行工藝計(jì)算，主要生產(chǎn)設(shè)備的規(guī)格及型號的選擇與相關(guān)計(jì)算，建廠投資的概算6-10周：及預(yù)算產(chǎn)品的規(guī)格并進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)格的國標(biāo)要求對比確定其產(chǎn)品的品質(zhì)。利用相關(guān)繪圖軟件繪制工藝流程圖，車間平面布置圖(分層表示)，車間立面圖11-14周：(必要時(shí)應(yīng)采用剖面圖來表示)，全廠平面布置圖等。其中工藝流程圖應(yīng)涵蓋主要的工藝設(shè)備并應(yīng)適當(dāng)注明設(shè)備的型號及規(guī)格等。15-17周：根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書撰寫設(shè)計(jì)說明書。