年產(chǎn)2.7萬(wàn)噸碳酸二甲酯化工廠設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

..年產(chǎn)2.7萬(wàn)噸碳酸二甲酯化工廠設(shè)計(jì)摘要碳酸二甲酯<dimethylcarbonate,DMC>,是一種無(wú)毒、環(huán)保性能優(yōu)異、用途廣泛的化工原料。由于其分子結(jié)構(gòu)中含有羰基、甲基、甲氧基和羰基甲氧基,因而可廣泛用于羰基化、甲基化、甲氧基化和羰基甲基化等有機(jī)合成反應(yīng)。在生產(chǎn)中具有使用安全、方便、污染少、容易運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)。由于碳酸二甲酯毒性較小,是一種具有發(fā)展前景的"綠色"化工產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)2.7萬(wàn)噸碳酸二甲酯工廠的初步設(shè)計(jì),主要進(jìn)行了工藝計(jì)算和設(shè)備選型,并繪制了工藝流程圖、車(chē)間平面布置圖、車(chē)間立面布置圖和工廠平面布置圖。關(guān)鍵詞：碳酸二甲酯,尿素醇解法,生產(chǎn)設(shè)計(jì)Anannualoutputof27,000tonsofdimethylcarbonatechemicalplantdesignABSTRACTDimethylcarbonate<dimethylcarbonate,DMC>,anon-toxic,environmentalperformance,iswidelyusefulforchemicalrawmaterial.Duetocontainingcarbonyl,methyl,methoxylandcarbonylmethoxylgroupinitsmolecularstructure,itcanbewidelyusedincarbonylation,methylation,theMethoxylandcarbonylmethylationreactionsinorganicsynthesis.Thenithastheadvantageofsafety,convenience,lesspollution,flexibletransportationandsooninproduction.Becauseofdimethylcarbonate’slowtoxicity,itisapromising"green"chemicalproduct.Thisisapreliminarydesignforanannualoutputof27000tonsofdimethylcarbonatefactory,mainlycontainingtheprocesscalculationandequipmentselection,withtheflowchart,workshoplayout,workshopelevationandfactorylayout.Keywords:dimethylcarbonate,ureaalcoholysis,productiondesign目錄摘要IABSTRACTII1總論11.1設(shè)計(jì)目標(biāo)11.2編制依據(jù)11.3編制原則12項(xiàng)目可行性論證22.1建設(shè)背景22.2建設(shè)意義22.2.1環(huán)境效應(yīng)22.2.2社會(huì)效應(yīng)32.3產(chǎn)品簡(jiǎn)介32.3.1DMC物理化學(xué)性質(zhì)32.3.2基本用途32.4市場(chǎng)分析42.4.1碳酸二甲酯的市場(chǎng)現(xiàn)狀42.4.2碳酸二甲酯的應(yīng)用前景62.4.3建議73工藝方案選擇83.1概述83.2工藝路線8光氣法8甲醇氧化羰基化法8酯交換法9尿素醇解法103.3本項(xiàng)目所選工藝方案124工藝流程設(shè)計(jì)144.1工藝流程簡(jiǎn)圖144.2MC的合成144.3DMC的合成155廠址選擇165.1選址原則165.2廠址選擇165.3氣候概況165.4渭化介紹175.5選址優(yōu)勢(shì)17交通便利17原料豐富176物料衡算和熱量衡算186.1工藝流程物料衡算186.2工藝流程熱量衡算196.2.1MC的合成206.2.2MC反應(yīng)液的分離206.2.3DMC的合成217熱量集成227.1概述227.2設(shè)計(jì)結(jié)果228設(shè)備設(shè)計(jì)與選型238.1精餾塔的設(shè)計(jì)23概述23精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算23塔板設(shè)計(jì)258.2換熱器的設(shè)計(jì)25概述26換熱器的選型268.3泵的選型318.3.1泵的選型說(shuō)明319廠區(qū)平面布置339.1設(shè)計(jì)依據(jù)和范圍339.2平面布局方案33廠區(qū)組成33廠區(qū)平面圖33設(shè)計(jì)思路339.3工廠運(yùn)輸設(shè)計(jì)3410車(chē)間平面布置3510.1設(shè)計(jì)依據(jù)3510.2車(chē)間組成35反應(yīng)器35換熱器35離心泵35精餾塔36罐區(qū)36管廊36致謝52參考文獻(xiàn)53..1總論1.1設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)一座年產(chǎn)2.7萬(wàn)噸的碳酸二甲酯化工廠。1.2編制依據(jù)<1>XX科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。<2>《化工建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告內(nèi)容和深度的規(guī)定》〔1992年12月28日化工部發(fā)布及有關(guān)專(zhuān)業(yè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。<3>由技術(shù)所有方編寫(xiě)的碳酸二甲酯分廠項(xiàng)目建議書(shū)及上級(jí)部門(mén)有關(guān)批示。<4>XX省XX市的氣象、水文、交通、環(huán)保資料。1.3編制原則<1>認(rèn)真貫徹執(zhí)行國(guó)家基本建設(shè)的各項(xiàng)方針、政策和有關(guān)規(guī)定,執(zhí)行國(guó)家及各部委頒發(fā)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。<2>充分利用XX特色資源,有效利用它便利的交通條件和廣大的市場(chǎng)條件。<3>大力推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步,積極采用新工藝、新技術(shù),解決以往陳舊工藝的缺點(diǎn)和弊端。<4>裝置設(shè)計(jì)采用可靠的安全技術(shù),嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家現(xiàn)行的有關(guān)安全法規(guī),并注重提高機(jī)械化和自動(dòng)化水平。<5>設(shè)計(jì)中盡一切努力節(jié)能降耗,節(jié)約用水,提高水的重復(fù)利用率,減少一次水的用量。<6>設(shè)計(jì)中選用環(huán)保生產(chǎn)工藝路線,生產(chǎn)過(guò)程中盡量減少"三廢"排放,同時(shí)三廢治理要做到同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投產(chǎn)、并考慮環(huán)保的綜合治理。2項(xiàng)目可行性論證2.1建設(shè)背景化學(xué)工業(yè)的發(fā)展,在為人類(lèi)提供豐富多彩的物質(zhì)享受同時(shí),也在嚴(yán)重的破壞人類(lèi)賴以生存的環(huán)境。大氣酸化、江河污染、溫室效應(yīng)加劇、臭氧層破壞等等,都在導(dǎo)致環(huán)境惡化,損害人類(lèi)的健康,威脅著人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的空間。從各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看,環(huán)境惡化已成不爭(zhēng)的事實(shí),迫切需要人類(lèi)采取措施保護(hù)環(huán)境。20世紀(jì)90年代后期,綠色化學(xué)的興起為人類(lèi)解決化學(xué)工業(yè)對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題提供了有效的手段。國(guó)內(nèi)外綠色化學(xué)的研究工作主要是圍繞化學(xué)反應(yīng)、原料、催化劑、溶劑和產(chǎn)品的綠色化展開(kāi)的,如圖所示。經(jīng)過(guò)近些年來(lái)不斷的研究和開(kāi)發(fā),綠色化學(xué)已經(jīng)取得了可喜的進(jìn)展。2.2建設(shè)意義目前,國(guó)外碳酸二甲酯的生產(chǎn)總能力3.55萬(wàn)t/a,主要生產(chǎn)裝置集中在美、法、意、日等國(guó)。西歐占45.07％,美國(guó)占19.7％,日本占5.21％,產(chǎn)品主要用于農(nóng)藥、醫(yī)藥中間體及聚碳酸酯等。目前,我國(guó)DMC的應(yīng)用主要在農(nóng)藥、醫(yī)藥產(chǎn)品和高分子材料上。用DMC合成第三代抗菌素已有l(wèi)0多個(gè)生產(chǎn)廠家。XX已建成3000t／a卡巴呋喃生產(chǎn)裝置,上海與德國(guó)合資建成1.8萬(wàn)噸的聚碳酸酯廠；另外生產(chǎn)雙酚A型聚碳酸酯的部分廠家也已改為DMC為原料；我國(guó)對(duì)DMC燃料添加劑的研究已取得一定進(jìn)展,如開(kāi)發(fā)成功將成為DMC的主要消費(fèi)者之一。我國(guó)DMC的生產(chǎn)廠家約有l(wèi)0家,總生產(chǎn)能力約為7000t／a,需求量為1萬(wàn)噸左右,預(yù)計(jì)不久需求量將會(huì)達(dá)到2萬(wàn)噸。隨著我國(guó)對(duì)MC應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大和深入,DMC的需求量將會(huì)越來(lái)越大。因此,DMC的生產(chǎn)具有極其廣闊的市場(chǎng)前景。2.2.1環(huán)境效應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展,人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)環(huán)境的保護(hù),化工企業(yè)要長(zhǎng)期立于不敗之地,應(yīng)盡量選用安全無(wú)毒的原料,生產(chǎn)過(guò)程少產(chǎn)生甚至不產(chǎn)生"三廢"。鑒于碳酸二甲酯有著以上的物理化學(xué)性質(zhì),因此具有較為廣泛的應(yīng)用。近年來(lái),隨著化工生產(chǎn)無(wú)毒化和精細(xì)化學(xué)品的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外對(duì)DMC及其衍生物開(kāi)發(fā)了許多新的用途,并形成C化學(xué)的重要分支,因而被稱為未來(lái)世界化學(xué)合成的新基石。碳酸二甲酯,是一種重要的有機(jī)合成中間體,分子結(jié)構(gòu)中含有羰基、甲基和甲氧基等官能團(tuán),具有多種反應(yīng)性能,在生產(chǎn)中具有使用安全、方便、污染少、容易運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)。由于碳酸二甲酯毒性較小,是一種具有發(fā)展前景的"綠色"化工產(chǎn)品。近年來(lái)碳酸二甲酯的應(yīng)用受到了越來(lái)越廣泛的重視。2.2.2社會(huì)效應(yīng)碳酸二甲酯項(xiàng)目不僅拉動(dòng)當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè),帶動(dòng)了當(dāng)?shù)氐闹苯泳蜆I(yè)和間接就業(yè)能力,使當(dāng)?shù)氐南聧徆と酥匦禄氐焦ぷ鲘徫?提高了人們的生活水平。而且直接增加了地方財(cái)政的稅收,間接地增加了國(guó)家財(cái)政的收入。碳酸二甲酯投資項(xiàng)目還可以提高當(dāng)?shù)氐闹?推動(dòng)當(dāng)?shù)鼐用竦南M(fèi)能力,進(jìn)而促進(jìn)該地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。2.3產(chǎn)品簡(jiǎn)介2.3.1DMC物理化學(xué)性質(zhì)碳酸二甲酯〔DimethylCabonate簡(jiǎn)稱DMC,常溫時(shí)是一種無(wú)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(guó)內(nèi)外化工界的廣泛重視。DMC的分子結(jié)構(gòu)獨(dú)特〔CH3O-CO-OCH3,性能優(yōu)異,因此具有非常廣泛的用途,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)就是伴隨著聚碳酸酯的非光氣合成工藝而發(fā)展起來(lái)的。2.3.2基本用途<1>生產(chǎn)二甘醇雙烯丙基碳酸酯〔ADC/透明樹(shù)脂ADC有優(yōu)良的光學(xué)特性、耐磨性、耐菌性、輕型,是一種熱固性樹(shù)脂。它可代替玻璃,用作眼鏡透鏡及光電子材料。原先是以丙烯醇、二乙基乙二醇及光氣為原料制造的。用DMC代替光氣,由于DMC低毒、無(wú)腐蝕,減輕了設(shè)備制造、操作管理及廢物處理等方面的技術(shù)要求。更為重要的是,能較容易地制造高品質(zhì)產(chǎn)品。因此正在開(kāi)辟用作精密光電子材料等新領(lǐng)域。<2>生產(chǎn)甲氨基甲酸萘酯〔殺蟲(chóng)劑原料原采用ɑ-萘酚和甲基異氰酸酯為原料或ɑ-萘酚和光氣經(jīng)由氯甲酸酯制造的。但是上述兩條途徑均有危險(xiǎn)。1984年印度帕巴拉邦大爆炸,就是實(shí)例。使用DMC就能安全地與萘酚反應(yīng),制成甲氨基甲酸萘酯。<3>制造苯甲醚〔香料等的原料原工藝是以苯酚和硫酸二甲酯為原料,但存在副產(chǎn)物難處理等問(wèn)題。用DMC代替DMS制造苯甲醚,可以解決上述問(wèn)題,且收率有所提高。誠(chéng)然,目前DMS價(jià)格較DMC便宜,但從包括副產(chǎn)物處理的全部制造過(guò)程來(lái)看,DMC工藝的經(jīng)濟(jì)性未必就肯定差。<4>制造聚碳酸酯〔PC/透明樹(shù)脂制造PC的方法有多種?，F(xiàn)在世界上工業(yè)化的一個(gè)基本方法是以二氯甲烷為溶劑在堿存在下,雙酚A與光氣反應(yīng)。其中,堿可使用苛性鈉、吡啶等。DMC路線制PC,首先是DMC和酚的酯交換,生成碳酸二苯酚酯〔DPC；再將DPC在熔融狀態(tài)下,與雙酚A進(jìn)行酯交換,一邊將酚脫離,一邊制PC。目前世界上眾多生產(chǎn)廠家正在解決DMC路線工業(yè)化中存在的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)非光氣法的無(wú)環(huán)境污染工藝。該工藝在經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)品質(zhì)量上,都已基本接近實(shí)現(xiàn)工業(yè)化?！?制造聚碳酸二元醇〔PCD/聚氨酯原料PCD是一種特殊的多元醇,將它與以PTMG、己內(nèi)酰胺等為原料的聚氨酯相比,能制造耐熱,耐水解等優(yōu)良性能的聚氨酯。PCD原先是由1,6-已二醇和二苯基碳酸酯、碳酸二乙酯、乙烯基碳酸酯反應(yīng)制造的。但成本方面未能與其它二元醇抗衡。以DMC為原料與其他原料相比,有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。<6>制造碳酰二肼〔清潔劑氨基脲廣泛用作鍋爐等的清潔劑。但其單體存在易致癌、易爆炸的危險(xiǎn)。通過(guò)DMC制造的碳酰二肼,不僅安全而且易于使用。碳酰二肼雖然價(jià)格較貴,但使用安全,歐美等國(guó)正在普及?！?其他用途DMC也可作為溶劑。除了能與其他有機(jī)溶劑很好相溶以外,還具有蒸發(fā)速度快的特點(diǎn)。可以期望DMC在某些特定的領(lǐng)域用作溶劑〔特殊涂料、藥物等。還有人研究將DMC作為CO2的載體,制造噴霧溶劑。DMC可用作辛烷值提高劑。過(guò)去由于價(jià)格等方面的制約,而無(wú)法推廣使用。最近,美國(guó)對(duì)汽車(chē)排放氣中氧濃度作了規(guī)定,以作為環(huán)保的一個(gè)對(duì)策。DMC分子中氧含量為53%,而目前使用的提高劑MTBE的氧含量為18%,相比之下,只添少量的DMC就能提高氧濃度。2.4市場(chǎng)分析2.4.1碳酸二甲酯的市場(chǎng)現(xiàn)狀<1>碳酸二甲酯的國(guó)外市場(chǎng)及預(yù)測(cè)目前世界碳酸二甲酯的總生產(chǎn)能力約為17萬(wàn)t/a,產(chǎn)量和消費(fèi)量約為9萬(wàn)t/a,主要的生產(chǎn)企業(yè)十幾家。包括GE〔通用電氣公司、EnichemSynthesisSPA<意大利>、Bayer〔德國(guó)BASF、MitsubishiChemicalCorporation<日本>以及日本宇部等。全球碳酸二甲酯生產(chǎn)能力分布如下表2-1所示。表2-120XX世界主要國(guó)家和地區(qū)碳酸二甲酯生產(chǎn)能力國(guó)家和地區(qū)能力/<萬(wàn)t·a-1>比例/%美國(guó)7.041.2西歐2.011.8日本3.017.6其他國(guó)家和地區(qū)5.029.4合計(jì)17100由表可見(jiàn),目前世界碳酸二甲酯的生產(chǎn)主要集中在美國(guó)、西歐、日本等國(guó)家和地區(qū),其生產(chǎn)能力占全球總量的70%以上。2001年世界碳酸二甲酯的產(chǎn)量和消費(fèi)量約9萬(wàn)t,主要應(yīng)用領(lǐng)域聚碳酸酯〔PC的合成,消費(fèi)量約5.0萬(wàn)t,約占總消費(fèi)量的56.1%；醫(yī)藥消費(fèi)量約為2.0萬(wàn)t,約占22.5%；農(nóng)藥消費(fèi)量0.7萬(wàn)t,約占7.9%；其他消費(fèi)量約為1.2萬(wàn)t,約占13.5%。據(jù)了解,2002年世界碳酸二甲酯的總消費(fèi)量增長(zhǎng)至10.1萬(wàn)t,其中醫(yī)藥行業(yè)需求增長(zhǎng)較大。預(yù)計(jì),今后幾年全球碳酸二甲酯的市場(chǎng)需求量將以11%左右的速度保持快速增長(zhǎng),其中增長(zhǎng)較快的領(lǐng)域有PC、醫(yī)藥、溶劑及汽油添加劑,到20XX,世界碳酸二甲酯的需求量將達(dá)到16.7萬(wàn)t。亞太地區(qū)在全球碳酸二甲酯的生產(chǎn)和消費(fèi)中的比例將逐步提高。<2>碳酸二甲酯的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)及預(yù)測(cè)我國(guó)碳酸二甲酯的開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)80年代,早期的生產(chǎn)裝置均采用國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的光氣法工藝路線,裝置規(guī)模在300～500t/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,XX大學(xué)、華東理工大學(xué)、華中理工大學(xué)、西南化工研究院和南化公司研究院等相繼對(duì)碳酸二甲酯的非光氣法生產(chǎn)工藝進(jìn)行了開(kāi)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。1995年華東理工大學(xué)開(kāi)發(fā)的酯交換法工藝獲得成功,建成了300t/a中試裝置,隨著又建成了一系列工藝化生產(chǎn)裝置,能力在500～1000t/a之間。XX大學(xué)、XX化學(xué)工業(yè)公司研究院等也在酯交換生產(chǎn)碳酸二甲酯的工藝開(kāi)發(fā)上做了大量的工作,并建成了相應(yīng)的工業(yè)化裝置。近年,我國(guó)在碳酸二甲酯液相氧化羰基合成工藝的研發(fā)方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。1993年華中理工大學(xué)與XX省利川化肥廠〔現(xiàn)更名為XX興發(fā)集團(tuán)興利化工合作開(kāi)展液相氧化羰基化合成碳酸二甲酯工藝的小試和中試研究,規(guī)模為100t/a。該項(xiàng)中試技術(shù)已于1998年5月通過(guò)了XX省組織的技術(shù)鑒定,20XX被列為國(guó)家計(jì)委重點(diǎn)支持的工業(yè)化試驗(yàn)項(xiàng)目,裝置規(guī)模為4000t/a。我國(guó)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(gè)國(guó)家之一。目前,我國(guó)碳酸二甲酯生產(chǎn)企業(yè)有20幾家,20XX生產(chǎn)能力2萬(wàn)t/a以上,產(chǎn)量約1萬(wàn)t/a。我國(guó)碳酸二甲酯的主要生產(chǎn)企業(yè)如下表2-2所示。表2-220XX我國(guó)DMC主要生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)廠家工藝路線生產(chǎn)能力/〔kt/aXXXX化工總廠酯交換法5XX新XX化工股份公司酯交換法5XX興利華化工液相氧化羰基化工藝4XXXX寶鼎化工酯交換法1XX省XX金泰化工酯交換法4據(jù)最新報(bào)道,20XX6月XX石大勝華化工股份公司采用酯交換法工藝建成了國(guó)內(nèi)首套萬(wàn)噸級(jí)DMC生產(chǎn)裝置,其產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了醫(yī)藥級(jí)水平,已成功出口到歐洲市場(chǎng)。另外國(guó)內(nèi)其它企業(yè),如XX省XX金泰化工正在對(duì)其現(xiàn)有DMC裝置進(jìn)行改擴(kuò)建,預(yù)計(jì)在今年年底也將形成萬(wàn)噸級(jí)的生產(chǎn)裝置。據(jù)此分析,到20XX年底我國(guó)DMC的總生產(chǎn)能力將達(dá)到4萬(wàn)～4.5萬(wàn)t/a的水平,而躋身于世界DMC的生產(chǎn)大國(guó)之別。經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展,我國(guó)DMC的生產(chǎn)工藝有了較大的改進(jìn)。光氣法的生產(chǎn)裝置逐步萎縮,國(guó)內(nèi)僅剩的幾套光氣法的裝置,規(guī)模均在300～500t/a之間,在總生產(chǎn)能力中的比例已經(jīng)下降到5%左右,且都是在原有光氣裝置基礎(chǔ)上延伸的下游產(chǎn)品；液相氧化羰基化工藝得到初步應(yīng)用,形成4000t/a的工業(yè)化生產(chǎn)裝置；酯交換法工藝得到大規(guī)模的發(fā)展,已經(jīng)成為我國(guó)碳酸二甲酯生產(chǎn)的主流。從總體上講,我國(guó)DMC無(wú)論是在生產(chǎn)裝置的規(guī)模上,還是在生產(chǎn)水平、產(chǎn)品質(zhì)量上均有了較大的提高,在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力逐步增強(qiáng)。主要體現(xiàn)在近兩年來(lái)我國(guó)碳酸二甲酯的出口量得到大幅度增長(zhǎng),20XX產(chǎn)品的凈出口量已達(dá)到近6000t的水平。目前,國(guó)內(nèi)對(duì)DMC的需求主要集中在農(nóng)藥、醫(yī)藥領(lǐng)域,此外,上海氯堿公司與德國(guó)拜耳公司合資興建的18kt/a聚碳酸酯廠已投產(chǎn),有的聚碳酸酯廠正在改造為非光氣生產(chǎn)方法,因而估計(jì)我國(guó)DMC的年需求量將達(dá)3萬(wàn)t以上。這些都為未來(lái)的DMC市場(chǎng)開(kāi)拓了巨大空間。由此可見(jiàn),DMC在我國(guó)具有極大的市場(chǎng)潛力。目前我國(guó)的DMC絕大部分依靠進(jìn)口,因此,建設(shè)我國(guó)自己的大規(guī)模DMC生產(chǎn)裝置已是當(dāng)務(wù)之急。2.4.2碳酸二甲酯的應(yīng)用前景關(guān)于未來(lái)DMC的市場(chǎng)需求,可從以下幾方面進(jìn)行分析:<1>DMC的化學(xué)反應(yīng)囊括了光氣和DMS在化工用途中的絕大部分反應(yīng)。按照實(shí)際反應(yīng)過(guò)程中的有效羰基化數(shù)和甲基化數(shù)來(lái)比,DMC分別是光氣和DMS的2.2倍和1.7倍,再假設(shè)未來(lái)幾年光氣和DMS需求量的50%被DMC取代時(shí),僅此一項(xiàng)就需DMC500kt/a以上。<2>隨著DMC作為汽油添加劑的應(yīng)用研究逐漸成熟,DMC進(jìn)入汽油添加劑這一巨大潛在市場(chǎng)將成為可能。以MTBE添加量為10%折算成DMC,則DMC的添加量為3.3%。目前全世界汽油消耗量超過(guò)200Mt/a,若20%的汽油采用DMC作添加劑則需DMC1.320Mt/a。<3>以DMC為原料可以合成的農(nóng)藥、醫(yī)藥、光電子材料等下游產(chǎn)品市場(chǎng)巨大,僅以聚碳酸酯為例,目前世界聚碳酸酯產(chǎn)量已達(dá)1Mt/a,若全部采用DMC法生產(chǎn),以DMC單耗為0.36t/t計(jì),則需DMC360kt/a。從國(guó)際、國(guó)內(nèi)情況看,DMC現(xiàn)有生產(chǎn)能力遠(yuǎn)不能滿足其日益增長(zhǎng)的消費(fèi)需求。特別是我國(guó)DMC生產(chǎn)起步晚,生產(chǎn)裝置工藝落后,產(chǎn)量低,產(chǎn)品質(zhì)量差,嚴(yán)重限制其下游產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和利用。因此開(kāi)發(fā)一條既具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力,又符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的DMC綠色合成工藝已迫在眉睫。2.4.3建議碳酸二甲酯作為有機(jī)合成工業(yè)中重要的原料,已成為二十一世紀(jì)清潔生產(chǎn)和綠色化工中重要的化工產(chǎn)品。現(xiàn)階段,我國(guó)對(duì)碳酸二甲酯的應(yīng)用尚局限在少數(shù)產(chǎn)品上,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,工業(yè)生規(guī)模的進(jìn)展及環(huán)境保護(hù)措施的完善,碳酸二甲酯在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大,需求也將迅速增長(zhǎng)。業(yè)內(nèi)人士對(duì)今后我國(guó)碳酸二甲酯的發(fā)展提出如下建議:加強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)研究,大力開(kāi)發(fā)下游產(chǎn)品。我國(guó)發(fā)展碳酸二甲酯工業(yè),必須加強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的研究,使生產(chǎn)規(guī)模實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,以符合我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)狀,適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的要求。在此基礎(chǔ)上,加強(qiáng)碳酸二甲酯下游產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的科研投入,積極應(yīng)用碳酸二甲酯開(kāi)發(fā)的科研成果,并將其盡快轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力,這將為碳酸二甲酯在我國(guó)的發(fā)展創(chuàng)造有利條件。碳酸二甲酯的市場(chǎng)潛力很大,加強(qiáng)碳酸二甲酯的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,完善其生產(chǎn)技術(shù),其發(fā)展前景普遍看好。3工藝方案選擇3.1概述目前工業(yè)生產(chǎn)和具有工業(yè)化前景的碳酸二甲酯的合成方法主要有：光氣法、甲醇氧化羰基法、酯交換法和尿素醇解法四種,以下分別介紹這幾種方法的基本原理、研究進(jìn)展、存在的優(yōu)缺點(diǎn)和部分采用此種工藝的企業(yè)。3.2工藝路線3.2.1光氣法此方法也稱為甲醇光氣法,即先由CO與Cl2作用生成光氣,然后通過(guò)光氣與甲醇或甲醇鈉反應(yīng)生成DMC。CO+Cl2→COCl2<1>2CH3OH+COCl2→CH3OC<O>OCH3+2HCl<2>2CH3ONa+COCl2→CH3OC<O>OCH3+2NaCl<3>它是合成DMC較早的方法,實(shí)際上是間接氧化羰基化過(guò)程。此法生產(chǎn)DMC的收率按甲醇計(jì)為90%,純度95%以上。第3個(gè)方程式的合成路線有人稱為醇鈉法。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。光氣法是傳統(tǒng)的合成方法,工藝簡(jiǎn)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(zhǎng),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(wèn)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。3.2.2甲醇氧化羰基化法該法以甲醇、CO、O2為原料,在催化劑作用下直接合成DMC,其反應(yīng)式如下:CO+1/2O2+2CH3OH→CH3OC<O>OCH3+H2O根據(jù)使用的催化劑不同,主要有以下2種不同的工藝路線。<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(jìn)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+2CuCl操作壓力2.5～3.0MPa,溫度90～130℃。以甲醇計(jì),DMC的選擇性為98%,單程收率32%,總收率95%,甲醇轉(zhuǎn)化率在10%～20%之間。反應(yīng)過(guò)程中,甲醇既為原料又為溶劑,氧濃度始終保持在爆炸極限以下。液相法工藝以意大利EniChemSynthetic公司為代表,該工藝自1983年首次實(shí)現(xiàn)5500t·a-1工業(yè)化以來(lái),經(jīng)過(guò)2次擴(kuò)產(chǎn),現(xiàn)在裝置規(guī)模為112萬(wàn)t·a-1。日本的三菱公司采用甲醇溶液液相法建有115萬(wàn)t·a-1裝置。在這方面我國(guó)也有很大的發(fā)展,如XX興發(fā)化工集團(tuán)采用國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的甲醇液相氧化羰基化法技術(shù),建成了4000t·a-1DMC生產(chǎn)裝置。<2>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+2CH3OH+1/2O2→2CH3ONO+H2O還原反應(yīng):CO+2CH3ONO→CH3OC<O>OCH3+2NO采用亞硝酸甲酯作為反應(yīng)循環(huán)劑,固定床中常壓、50～100℃條件下反應(yīng),同時(shí)副產(chǎn)草酸二甲酯。DMC的選擇性96%,甲醇的轉(zhuǎn)化率接近90%。美國(guó)DOW化學(xué)公司1986年開(kāi)發(fā)了甲醇?xì)庀嘌趸驶夹g(shù)。該技術(shù)采用浸漬過(guò)氯化甲氧基酮/吡啶絡(luò)合物的活性炭作催化劑,并加入氯化鉀等助催化劑。反應(yīng)條件為溫度110～125℃,壓力1.5～2.5MPa,將體積比為65∶25∶10的CO,CH3OH和O2混合氣體通過(guò)反應(yīng)器,碳酸二甲酯的生成速率為0.1L·<h·L>-1。選擇性為65%。王少成等將季銨鹽<TBAB>修飾的多相Wacker催化劑用于高選擇性催化甲醇、CO和空氣氧化羰基化合成DMC。結(jié)果表明,TBAB-Wacker/SiO2催化劑的活性最高,甲醇轉(zhuǎn)化率達(dá)到11%,且DMC對(duì)CH3OH的選擇性<>99%>以及對(duì)CO的選擇性<26%>也均遠(yuǎn)高于其它載體。TBAB-Wacker/SiO2催化劑在100～150℃范圍內(nèi)對(duì)甲醇氧化羰基化反應(yīng)表現(xiàn)出較顯著的活性,在120～140℃范圍內(nèi)顯示出最佳的反應(yīng)效能,對(duì)甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)到最大。趙明旭等以液相甲醇、CO和氧為原料,當(dāng)催化劑CuCl用量大于50gCuCl·L-1甲醇、溫度在90～110℃之間時(shí),DMC選擇性以CO計(jì)達(dá)89.1%～90.6%,以甲醇計(jì)達(dá)98%。在產(chǎn)品分離與精制中,選取的萃取劑氯苯能打破DMC-甲醇共沸體系,各組分易于分離,能得到純度大于95%的DMC產(chǎn)品。氣相法工藝以日本宇部興產(chǎn)公司為代表,1996年擴(kuò)建成6000t·a-1的裝置,根據(jù)報(bào)道它還計(jì)劃再建立3萬(wàn)～5萬(wàn)t·a-1的大型裝置。3.2.3酯交換法酯交換法依起始物可分為直接酯交換法和間接酯交換法2種。酯交換法生產(chǎn)安全、清潔,而且耦合了工業(yè)上的環(huán)氧化物-環(huán)氧乙烷<EO>或環(huán)氧丙烷<PO>水合制各二元醇-乙二醇<EG>或l,2-丙二醇的工藝,在經(jīng)濟(jì)上具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),也是目前國(guó)內(nèi)DMC的主要合成方法。工業(yè)化的酯交換法系采用兩步法,即先由環(huán)氧化物與CO2反應(yīng)生成碳酸乙烯酯<EC>或碳酸丙烯酯<PC>,EC或PC與甲醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)生成DMC和相應(yīng)的二元醇。一步法是以EO或PO、甲醇和CO2為原料,在同一反應(yīng)器中直接合成DMC的方法。一步法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,設(shè)備投資低,己引起世人的關(guān)注,目前以開(kāi)發(fā)小試生產(chǎn)工藝。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?？傮w說(shuō)來(lái),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(guò)程無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)。但仍存在原料<環(huán)氧烷>易燃易爆以及因過(guò)程聯(lián)產(chǎn)丙二醇或乙二醇使其生產(chǎn)成本易受市場(chǎng)影響等缺點(diǎn)。<1>碳酸乙烯酯與甲醇酯交換法<CH2O>2CO+2CH3OH→<CH3O>2CO+HOCH2CH2OHTexaco成功的開(kāi)發(fā)了由環(huán)氧乙烷、CO2和甲醇聯(lián)產(chǎn)DMC和乙二醇新工藝。反應(yīng)分兩步進(jìn)行:CO2與環(huán)氧乙烷反應(yīng)生成碳酸乙烯酯,然后碳酸乙烯酯與甲醇經(jīng)過(guò)酯基轉(zhuǎn)移生成DMC和乙二醇酯交換催化劑是IV族均相催化劑負(fù)載在含叔胺及季胺官能團(tuán)的樹(shù)脂上的硅酸鹽等。該工藝可避免環(huán)氧乙烷水解生成乙二醇,可實(shí)現(xiàn)甲醇選擇性地聯(lián)產(chǎn)DMC和乙二醇。<2>碳酸丙烯Na<PC>與甲醇的酯交換C4H6O3+2CH3OH→<CH3O>2CO+CH3CHOHCH2OH華東理工大學(xué)化學(xué)工程系對(duì)酯交換技術(shù)進(jìn)行了深入研究,成功的開(kāi)發(fā)了PC和甲醇酯交換合成DMC技術(shù)。采用特種分離技術(shù)<催化反應(yīng)精餾和恒沸精餾>,同時(shí)聯(lián)產(chǎn)丙二醇,己建成幾套不同規(guī)模的生產(chǎn)裝置,產(chǎn)出合格產(chǎn)品。XX大學(xué)也對(duì)PC與甲醇酯交換聯(lián)產(chǎn)DMC和丙二醇進(jìn)行了研究開(kāi)發(fā),獲得較佳工藝條件:常壓,60～65℃,催化劑為甲醇鈉,用量0.4%～0.45%。已進(jìn)行了300噸/年中試裝置設(shè)計(jì)。酯交換技術(shù)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)關(guān)鍵在于:<1>一般認(rèn)為酯交換為可逆反應(yīng),轉(zhuǎn)化率較低,因此提高轉(zhuǎn)化率非常關(guān)鍵；<2>分離精制塔構(gòu)型和萃取劑的篩選,對(duì)提高產(chǎn)品純度非常重要。3.2.4尿素醇解法尿素醇解法制備DMC是在國(guó)內(nèi)外剛剛引起關(guān)注的一種新方法,成為研究熱點(diǎn)。尿素醇解法以來(lái)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(jiǎn)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(guò)程無(wú)水生成,避免了甲醇2DMC2水復(fù)雜體系的分離問(wèn)題,使后續(xù)分離提純簡(jiǎn)單化,節(jié)省投資,尤其對(duì)現(xiàn)有化肥廠開(kāi)發(fā)下游產(chǎn)品具有吸引力,具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。尿素醇解制備碳酸二甲酯的合成反應(yīng)過(guò)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:<1>直接尿素醇解法合成碳酸二甲酯尿素直接醇解制備碳酸二甲酯的反應(yīng)方程式如下:NH2CONH2+2CH3OH→<CH3O>2CO+2NH3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+CH3OH→NH3COOCH3+NH3NH2COOCH3+CH3OH→<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(lèi)化合物。然后生成的氨基甲酸酯類(lèi)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)生成碳酸二酯類(lèi)化合物。兩步反應(yīng)的醇可以相同也可以不同?？刂瓢被姿狨ヅc第二步反應(yīng)醇的摩爾比在2:1～10:1之間,控制反應(yīng)體系中碳酸二甲酯類(lèi)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Α?lt;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。孫予罕等在專(zhuān)利中公開(kāi)將丙二醇或乙二醇與尿素的物質(zhì)的量比為100：1,固體堿催化劑與尿素的物質(zhì)的量比為0.001加入反應(yīng)器,反應(yīng)溫度100～200℃,在真空度為6.67-70KPa或在鼓氮條件下進(jìn)行,反應(yīng)時(shí)間為0.5-20h,以氧化鋅為催化劑,反應(yīng)溫度為105℃氮?dú)饬魉贋?0mL/min,反應(yīng)時(shí)間20h時(shí),丙二醇的轉(zhuǎn)化率為65.28%,碳酸丙烯酯以尿素計(jì)算的收率為99.55%。<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要的化工產(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+2NH3<1>PhNHCONHPh+CH3OH→PhNHCOOCH3+phNH3<2>2PhNHCOOCH3→PhNHCONHPh+<CH3O>2CO<3>工藝過(guò)程為:第一步將尿素投入玻璃反應(yīng)釜中,再加入鹽酸、水、苯胺,攪拌,待溫度升到104℃時(shí)開(kāi)始回流lh,再升溫至106℃,反應(yīng)3h,然后加鹽酸保溫?cái)嚢?5min,反應(yīng)完畢過(guò)濾水洗,干燥得聲品。不使用水作溶劑,直接由尿素與苯胺制備二苯基脲,n<苯胺>/n<尿素>=8,反應(yīng)時(shí)間為4h時(shí),高效液相色譜檢測(cè)N,N一二苯基脲的收率為99.5%。第二步為高壓反應(yīng),Chen等在n<甲醇>/n<二苯基脲>=12.5、反應(yīng)溫度160℃、反應(yīng)時(shí)間為3h,HPLC檢測(cè)DPU的轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.6%,苯氨基甲酸甲酯的選擇性為99.4%。第三步反應(yīng)實(shí)際上是苯氨基甲酸甲酯的歧化反應(yīng),可以使用的催化劑很多,主要包括堿金屬、堿金屬化合物,欽和錯(cuò)的化合物以及鋅、鈣、錫、鉛的化合物等,但催化劑的活性差別很大。以Pb<AC>2·3H2O的催化效果最好,反應(yīng)溫度180℃,反應(yīng)時(shí)間3.5h,苯氨基甲酸甲酷的轉(zhuǎn)化率為87.30%,DMC的選擇性為85.2%。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(jìng)爭(zhēng)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。3.3本項(xiàng)目所選工藝方案我國(guó)目前DMC的工業(yè)合成方法仍然是光氣法和酯交換法為主,不但不符合環(huán)保的要求,而且也不經(jīng)濟(jì),加上我國(guó)的DMC生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需要,大部分依賴進(jìn)口,國(guó)家為此每年需花費(fèi)大量外匯。隨著環(huán)保的需要,DMC需求越來(lái)越多,對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究,市場(chǎng)前景看好。目前正被廣泛關(guān)注的CO氣相氧化羰基化法<一步法>、CO2直接合成法和尿素醇解法將成為合成DMC的主要方法。由于CO液相氧化羰基化法和氣相兩步法的工藝已成功工業(yè)化生產(chǎn),CO氣相氧化羰基化的一步法可能會(huì)首先取得突破。CO2直接合成法的前景最被看好,無(wú)論從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和環(huán)保等方面,該合成路線均具有一定的優(yōu)勢(shì)。尿素醇解法的最明顯的優(yōu)勢(shì)是反應(yīng)過(guò)程沒(méi)有水生成,省去后續(xù)的DMC-甲醇-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(wèn)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(guó)內(nèi)已經(jīng)很成熟,產(chǎn)量大,所以原料來(lái)源廣且價(jià)廉,尿素生產(chǎn)中利用了CO2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(lái)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)精餾塔進(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)后的碳酸二甲酯混合氣體冷凝后先經(jīng)一個(gè)精餾塔預(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)精餾塔分離出碳酸二甲酯,得到最終產(chǎn)品。反應(yīng)過(guò)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?經(jīng)分離后,氨氣與氮?dú)饣旌蠚馇巴倧S合成氨,甲醇則回儲(chǔ)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。碳酸二甲酯反應(yīng)的催化劑為有機(jī)錫催化劑以及一些高沸點(diǎn)的物質(zhì)組成共催化劑,使用共催化劑作用：減少甲醇的揮發(fā),抑制氨基甲酸甲酯的分解,和有機(jī)錫催化劑結(jié)合使催化活性進(jìn)一步提高。采用這種方法的直接好處就是生產(chǎn)過(guò)程中避免了水的產(chǎn)生,從而減免了分離的難度,因?yàn)樗?、甲醇和碳酸二甲酯容易形成恒沸?從而使一般的精餾方法不能高純度的分離而得到產(chǎn)品碳酸二甲酯,必須采用其他的方法來(lái)獲得比較純凈的產(chǎn)物。采用其它的方法都不可避免的有水的產(chǎn)生。另外,利用尿素和甲醇來(lái)進(jìn)行反應(yīng),原料易得而且價(jià)格比較便宜,成本較低。此套流程可謂是物盡其用,有較好的經(jīng)濟(jì)效益,符合環(huán)保要求。4工藝流程設(shè)計(jì)4.1工藝流程簡(jiǎn)圖操作流程:〔1氨基甲酸甲酯合成工段：原料進(jìn)料比甲醇:尿素=4:1〔摩爾比反應(yīng)生成NH3和氨基甲酸甲酯。從罐中把一定比例的甲醇和尿素通過(guò)泵打入氨基甲酸甲酯反應(yīng)器內(nèi),NH3由來(lái)自N2瓶的N2帶出至冷凝器后,在收集器中收集到的甲醇返回至甲醇罐,NH3進(jìn)入合成氨廠利用。MC反應(yīng)器中的釜液經(jīng)精餾塔1分離,塔頂餾出物甲醇返回到甲醇罐,塔釜液進(jìn)入碳酸二甲酯反應(yīng)器?！?碳酸二甲酯合成工段：甲醇和氨基甲酸甲酯反應(yīng)生成碳酸二甲酯和NH3。反應(yīng)過(guò)程中用N2不斷帶出NH3,在冷凝器中冷凝后進(jìn)入合成氨廠利用。DMC反應(yīng)器釜液進(jìn)入過(guò)濾機(jī)后,催化劑回收利用,濾液為DMC、甲醇和未反應(yīng)的MC,送入精餾塔塔底釜液MC返回到DMC反應(yīng)器,塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品DMC。4.2MC的合成NH3尿素甲醇NH3尿素甲醇甲醇尿素精餾塔甲醇尿素精餾塔MC反應(yīng)器MC反應(yīng)器MC甲醇MC甲醇尿素尿素圖4-1MC合成簡(jiǎn)易流程圖甲醇和尿素反應(yīng)生成氨基甲酸甲酯和氨氣。充分混勻的尿素和甲醇進(jìn)入MC反應(yīng)釜中,反應(yīng)過(guò)程中不斷的加入氮?dú)?帶走生成的氨氣,使反應(yīng)向正方向進(jìn)行。在生產(chǎn)氨基甲酸甲酯所用的反應(yīng)釜上設(shè)有分餾柱,是反應(yīng)過(guò)程中汽化的甲醇冷凝并返回反應(yīng)釜,氨氣通過(guò)分餾柱并進(jìn)入冷凝器內(nèi)使未冷凝的甲醇冷凝,并回收處理,氨氣去總廠的合成氨分廠：釜內(nèi)初始溫度加熱到66℃,常壓,攪拌速度600r/min,氮?dú)膺M(jìn)氣速率為1l/s,反應(yīng)時(shí)間為4個(gè)小時(shí)。在反應(yīng)釜下部設(shè)置一取樣點(diǎn),以便進(jìn)行抽樣檢驗(yàn),確保產(chǎn)品質(zhì)量合格。塔釜液含有產(chǎn)物氨基甲酸甲酯、原料尿素及甲醇。4.3DMC的合成NH3甲醇NH3甲醇甲醇MC少量尿素甲醇MC少量尿素DMC反應(yīng)器精餾塔DMC反應(yīng)器精餾塔MC少量尿素MC少量尿素DMCMC甲醇催化劑DMCMC甲醇催化劑尿素尿素圖4-2DMC合成簡(jiǎn)易流程圖甲醇與氨基甲酸甲酯合成碳酸二甲酯。氨基甲酸甲酯、尿素混合液進(jìn)入碳酸二甲酯反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng),期間不斷的通入甲醇和氮?dú)猓菏沟迷霞状?氨基甲酸甲酯=10:1〔摩爾比,氮?dú)膺M(jìn)氣速率為1L/s,一方面帶出氨氣,另一方面提供反應(yīng)所需的壓力。碳酸二甲酯反應(yīng)釜內(nèi)部反應(yīng)條件設(shè)計(jì)為：溫度170℃,壓力1.5MPa,攪拌速率為600r/min,MC：催化劑=1∶0.15〔質(zhì)量比。由于該反應(yīng)為可逆的吸熱反應(yīng),而且進(jìn)行程度較小,所以應(yīng)該采取較高的溫度以及不斷分離出產(chǎn)品的方法來(lái)促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行,得到產(chǎn)量和質(zhì)量符合要求的碳酸二甲酯產(chǎn)品。5廠址選擇5.1選址原則廠址選擇是化工裝置建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié),也是一項(xiàng)政策性、技術(shù)性很強(qiáng)的工作。廠址選擇對(duì)工廠的建設(shè)進(jìn)度、投資數(shù)量、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境保護(hù)及社會(huì)效益等方面都有重大影響。由于只有廠址選擇確定之后,才能估算其建投資額和投產(chǎn)后的生產(chǎn)成本,才能對(duì)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境影響、社會(huì)效益進(jìn)行分析評(píng)估,判斷項(xiàng)目的可行性,因此廠址選擇工作是可行性研究的一部分,在有條件時(shí),也可在編制項(xiàng)目建議書(shū)階段進(jìn)行。廠址選擇的主要影響因素：原料、能源、水源和環(huán)境。廠址選擇的基本原則：<1>廠址宜選在原材料、能源較豐富或供應(yīng)方便的地區(qū)。<2>廠址宜選在水資源豐富、水質(zhì)較好的地區(qū)。<3>廠址應(yīng)具有較便利的運(yùn)輸條件。<4>選廠應(yīng)注意節(jié)約用地、少占耕地。<5>選廠應(yīng)注意對(duì)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境保護(hù)。<6>選廠應(yīng)考慮周?chē)膮f(xié)作關(guān)系。<7>其他一些注意事項(xiàng)〔避免在地震斷層和基本烈度9度以上的地震區(qū),易遭受洪水、泥石流、滑坡的危害的山區(qū),又開(kāi)采價(jià)值的礦藏地區(qū),國(guó)家規(guī)定的歷史文物、生物保護(hù)和風(fēng)景旅游點(diǎn)。5.2廠址選擇綜合考慮以上幾項(xiàng)因素,我們的工廠選擇建在XX省XX市高新區(qū),以XX渭河煤化工集團(tuán)XX公司為依托。高新區(qū)的整體環(huán)境優(yōu)良。擁有豐富的自然資源和土地資源；擁有充足的勞動(dòng)力供應(yīng),完善的生產(chǎn)、生活配套設(shè)施；擁有科學(xué)的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)。我們將工廠建于此地必有良好的收益。5.3氣候概況XX市位于東經(jīng)108°50′-110°38′和北緯34°13′-35°52′之間,地處XX關(guān)中渭河平原東部,東瀕黃河與XX、XX毗鄰,西與XX、XX相接,南倚秦嶺與XX為界,北靠橋山與XX、XX接壤。南北長(zhǎng)182.3公里,東西寬149.7公里,總面積約1.3萬(wàn)平方公里。XX屬暖溫帶半濕潤(rùn)半干旱季風(fēng)氣候,四季分明,光照充足,雨量適宜。無(wú)霜期199-255天,春季氣候多變,夏季炎熱多雨,秋季涼風(fēng)送爽,冬季晴冷干燥,年均氣溫12-14℃,年雨量600毫米左右,年日照2200-2500小時(shí)。氣候條件優(yōu)越,有利于發(fā)展農(nóng)業(yè),但伏旱、秋澇和夏季干熱風(fēng)對(duì)農(nóng)作物造成的危害較大。5.4渭化介紹XX渭河煤化工集團(tuán)XX公司〔簡(jiǎn)稱"渭化集團(tuán)"是我省"八五"時(shí)期建設(shè)的大型化工企業(yè),是我國(guó)現(xiàn)代煤化工發(fā)展和新一代煤氣化技術(shù)應(yīng)用的先行企業(yè)。企業(yè)創(chuàng)建于1988年7月,時(shí)稱XX省渭河化肥廠；1999年12月,渭河化肥廠"債轉(zhuǎn)股"框架協(xié)議簽訂,轉(zhuǎn)股金額20.52億元；20XX7月,在XX省渭河化肥廠基礎(chǔ)上進(jìn)行改制,成立XX渭河煤化工集團(tuán)XX公司,同時(shí)組建XX渭河煤化工企業(yè)集團(tuán)；20XX10月,國(guó)務(wù)院批復(fù)渭化"債轉(zhuǎn)股"調(diào)整方案；20XX3月,按照"債轉(zhuǎn)股"調(diào)整方案要求,渭化集團(tuán)作為股東之一,與信達(dá)、華融、長(zhǎng)城資產(chǎn)管理公司以及國(guó)家開(kāi)發(fā)投資公司等共同組建"債轉(zhuǎn)股"新公司—"XX渭河重化工XX公司"；新公司總股本6.5億元,其中渭化集團(tuán)占12.96%。20XX6月,按照省委省政府的戰(zhàn)略部署,渭化集團(tuán)與XX煤業(yè)集團(tuán)公司等多家企業(yè)實(shí)現(xiàn)整合,組建XX煤業(yè)化工集團(tuán)公司,渭化集團(tuán)成為其所屬企業(yè)之一。5.5選址優(yōu)勢(shì)5.5.1交通便利XX市境內(nèi)交通發(fā)達(dá),隴海鐵路、包西鐵路、侯西鐵路、寧西鐵路、大西客專(zhuān)、鄭西客專(zhuān)、黃韓侯鐵路、連霍高速、西禹高速、渭蒲高速、榆商高速貫穿南北。連霍、西禹高速公路,108、310國(guó)道,101、106等7條省道,同隴海、西延、西韓、西南等6條鐵路縱橫交錯(cuò),構(gòu)成四通八達(dá)的交通網(wǎng)絡(luò)。公路密度每百平方公里43.2公里,高速公路總里程為268.4公里,均居X(jué)X省各市之首。XX中心城市距省會(huì)XX60公里,距XX國(guó)際機(jī)場(chǎng)90多公里。5.5.2原料豐富目前渭化集團(tuán)以世界先進(jìn)的潔凈煤氣化技術(shù)為龍頭,以煙煤為原料,組合運(yùn)用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)成熟的專(zhuān)利技術(shù)、生產(chǎn)工藝和裝備,主體生產(chǎn)裝置中的化肥生產(chǎn)裝置年產(chǎn)能力為30萬(wàn)噸合成氨、52萬(wàn)噸尿素,醇醚生產(chǎn)裝置年產(chǎn)能力為60萬(wàn)噸甲醇、11萬(wàn)噸二甲醚。三套裝置的前段系統(tǒng)和公用裝置等密切關(guān)聯(lián),可靈活調(diào)整產(chǎn)品和產(chǎn)量,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)適應(yīng)能力較強(qiáng)。目前,企業(yè)產(chǎn)品已形成了優(yōu)質(zhì)氮肥、清潔能源、高純氣體、煤化工助劑等四大類(lèi)10多個(gè)品種。6物料衡算和熱量衡算6.1工藝流程物料衡算物料衡算的理論基礎(chǔ)是質(zhì)量守恒定理。它是指進(jìn)入一個(gè)裝置〔或設(shè)備的主物料的量〔包括損失量和系統(tǒng)內(nèi)部積累起來(lái)的物料的量,即研究某一體系內(nèi)進(jìn)出物料量及組成的變化。進(jìn)行物料衡算時(shí),首先必須確定衡算的體系。對(duì)一般體系,均可表示為：物料的積聚率=物料進(jìn)入率-物料流出率+反應(yīng)生成率-反應(yīng)消耗率當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)時(shí),則：物料的積聚率=物料進(jìn)入率-物料流出率在穩(wěn)定狀態(tài)下有：物料進(jìn)入率=物料流出率年產(chǎn)碳酸二甲酯27000噸,每年按300天計(jì)算,每天生產(chǎn)量=27000/300=90噸,采用間歇反應(yīng),以1天為單位進(jìn)行衡算,計(jì)算如下：<1>MC反應(yīng)釜原料經(jīng)混合溶解后通入MC合成釜進(jìn)行反應(yīng),尿素轉(zhuǎn)化率為95%,MC選擇性為98%。進(jìn)料量：甲醇8345.09Kmol尿素2087.44Kmol甲醇+尿素→MC+NH3相對(duì)分子質(zhì)量：32.0460.0675.0717反應(yīng)完成后各組分的質(zhì)量：甲醇=〔8345.09-2087.44×0.95×32.04/1000=203.8噸尿素=2087.44×60.06×0.05/1000=6.269噸MC=2087.44×0.95×0.98×75.07/1000=145.89噸NH3=2087.44×0.95×0.98×17/1000=33.04噸MC反應(yīng)釜溫度設(shè)定為60-70℃,壓力為常壓,反應(yīng)結(jié)束后降至常溫,因此氣態(tài)甲醇的含量可以忽略。<2>進(jìn)入精餾塔的物質(zhì)及含量：甲醇=203.8×1000/32.04=6360.8Kmol尿素=6.269×1000/60.06=104.4KmolMC=145.89×1000/75.07=1943.39Kmol設(shè)塔頂出料為D,含甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)為0.96,含MC為XMC；塔底出料W,含甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)為0.03,含MC的摩爾分?jǐn)?shù)為0.95D×0.96+W×0.03=6360.8KmolD×<1-0.96-XMC>+W×<1-0.95-0.03>=104.4KmolD×XMC+W×0.95=1943.39Kmol由以上三式得D=6565.3Kmol,W=1937.07Kmol,XMC=0.03<3>DMC反應(yīng)釜進(jìn)入DMC合成反應(yīng)釜的物質(zhì)及含量〔該步反應(yīng)收率為0.554MC=1937.07×0.95=1840.217Kmol尿素=1937.07×0.03=58.112Kmol甲