年產(chǎn)2.7萬噸碳酸二甲化工廠設計開題報告

1、俁4翁笈天號本科生畢業(yè)設計開題報告題目：年產(chǎn)2.7萬噸碳酸二甲酯化工廠設計姓名：王小西學號：201208010326指導教師：李磊班級：化工123所在院系：化學與化工學院年產(chǎn)2.7萬噸碳酸二甲酯化工廠設計概述碳酸二甲酯(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/cm3,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的合成技術受到了國內外化工界的廣泛重視。DMC的分子結構獨特(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?；图谆噭⑵吞砑觿?、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，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、碳酸丙烯酯與甲醇的酯交換反應、尿素甲醇解反應。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CQ反應生成碳酸鈉甲酯，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，CuCl為催化劑。反應分2步進行：氧化反應：2CuCl+2CHOH+1/2O2f2Cu(CHO)Cl+H2O還原反應：2Cu(CH3O)Cl+COf3OIC(O)OCR+2CuCl氣相法其化學原理與液相法相同。所用催化劑為Pd-Cl2、CuCl/C固體催化劑，反應也是分2步進行：氧化反應:2NO+2CHOH+1/2O2-2CRONO+H2O還原反應:CO+2CHONOfCHOC(O)OCR+2NO氣相法目前仍處于試驗研究階段，常壓操作，生產(chǎn)穩(wěn)定性高，催化劑活性高，甲醇轉化率高，但是反應中使用含氮氧化物，對設備腐蝕嚴重

6、，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，缺點是由于反應副產(chǎn)物主要是水，水對催化劑影響較大，所以甲醇單程轉化率較低。另外，鹵化物催化劑中引入氯離子，腐蝕性強，催化劑壽命短。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。碳酸乙烯酯與甲醇酯交換法(CH2O)2CO+2CHOH-(CHO)2CO+HOCHCH20H該技術的經(jīng)濟性對原料環(huán)氧乙烷和副產(chǎn)品乙二醇的

7、價格比較敏感。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、反應條件溫和、過程無毒等優(yōu)點。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。尿素醇解法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，具有原料價廉易得、工藝簡單和反應產(chǎn)生的氨氣可以回收利用等優(yōu)點，并且反應過程無水生成，避免了甲醇2DMC2水復雜體系的分離問題,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過程一致認為是分兩步進行的。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方程式如下:NH2CONH2+2CH30Hf(CMRCO+2NHs實際上分兩步進行，尿素首先醇解為氨基甲酸甲酯、然后再進一步醇解為碳酸二甲酯,具體反應為：NH2CONH2+CHOHfNHCOOCH+NH3NH2COOCH+CH30Hf(CH3O)2CO+NH3一定的反應溫度和壓力條件下，尿素先與一分子的醇反應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錫催化劑存在時反應生成碳酸二酯

9、類化合物。兩步反應的醇可以相同也可以不同。控制氨基甲酸酯與第二步反應醇的摩爾比在2:110:1之間，控制反應體系中碳酸二酯類化合物質量百分含量在1%-3%之間。該反應工藝中尿素的轉化率較高，選擇性也較好，顯示了較好的用前景，具有較強的竟爭力。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行，尿素與丙二醇反應制備碳酸丙烯酯，碳酸丙烯酯再與甲醇反應制備碳酸二甲酯。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連續(xù)反應組成，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，該反應歷程分三步進行，反應方程式如下: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生成碳酸二甲酯時，也可以發(fā)生分解反應生成苯異氰酸酯。并且在一定條件下兩個反應是競爭反應，選擇合適的催化劑和反應條件提高苯氨基甲酸甲酯反應的選擇性具有理論意義。但該路線步驟多，設備投資大，工業(yè)化比較困難。本設計采用的工藝路線尿素醇解法的最明顯

11、的優(yōu)勢是反應過程沒有水生成，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)工藝國內已經(jīng)很成熟，產(chǎn)量大，所以原料來源廣且價廉，尿素生產(chǎn)中利用了C02可以減少溫室效應，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行充分的混合，然后進入常壓反應釜中進行反應，生成中間產(chǎn)物氨基甲酸甲酯，經(jīng)精微塔進行分離，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入碳酸二甲酯反應器中進行反應，反應后的碳

12、酸二甲酯混合氣體冷凝后先經(jīng)一個精儲塔預分離除去部分甲醇，再進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)由一個精微塔分離出碳酸二甲酯，得到最終產(chǎn)品。反應過程中產(chǎn)生的氨氣甲醇混合氣被不斷加入的氮氣和甲醇帶走，經(jīng)分離后，氨氣與氮氣混合氣前往總廠合成氨，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任務完成的階段及時間安排1-3周：熟悉題目，收集資料，并完成開題報告及相關文件的編寫。到相關廠家進行參觀實習并收集有關參數(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，了解相關生產(chǎn)設備的選擇規(guī)定及型號選擇的相關要求等，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。進行工藝計算，主要生產(chǎn)設備的規(guī)格及型號的選擇與相關計算，建廠投資的概算6-10周：及預算產(chǎn)品的規(guī)格并進行產(chǎn)品規(guī)格的國標要求對比確定其產(chǎn)品的品質。利用相關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：(必要時應采用剖面圖來表示)，全廠平面布置圖等。其中工藝流程圖應涵蓋主要的工藝設備并應適當注明設備的型號及規(guī)格等。15-17周：根據(jù)畢業(yè)設計指導書撰寫設計說明書。