年产2.7万吨碳酸二甲化工厂设计开题汇报

1、年产2.7万吨碳酸二甲化工厂设计开题汇报本科生毕业设计开幕报告题目：年产2.7万吨碳酸二甲酯化工厂设计姓名：王晓曦学号：202208010326讲师：李磊班级：化学123系：化学化工学院1陕西科技大学毕业设计开放报告年产2.7万吨碳酸二甲酯化工厂设计1概述碳酸二甲酯（dimethylcabonate）简称dmc，常温时是一种无色透明、略有气味、微甜的液体，熔点4，沸点90.1，密度1.069g/cm,难溶于水，但可以与醇、醚、酮等几乎所有的有机溶剂混溶。dmc在常压下和甲醇共沸，共沸温度63.8。dmc毒性很低，是一种符合现代清洁工艺要求的环保型化工原料，因此dmc的合成技术受到了国内外化工界

2、的广泛重视。DMC具有独特的分子结构（ch3o-co-och3）和优异的性能，因此有着非常广泛的应用。主要用作羰基化和甲基化试剂、汽油添加剂、合成聚碳酸酯（PC）的原料等。DMC的大规模生产是采用聚碳酸酯的非光气合成工艺进行的。32碳酸二甲酯市场现状目前世界碳酸二甲酯的总生产能力约为17万t/a，产量和消费量约为9万t/a，主要的生产企业十几家。我国碳酸二甲酯的开发始于20世纪80年代，早期的生产装置均采用国内开发的光气法工艺路线，装置规模在300500t/a之间，大多建在光气生产企业内，产品以自产自用为主。20世纪90年代以后，对碳酸二甲酯的非光气法生产工艺进行了开发研究，尤其是在酯交换法工

3、艺的研发方面投入了大量的人力、物力。我国已经基本掌握了非光气合成碳酸二甲酯的生产工艺，是目前世界上能生产碳酸二甲酯的少数几个国家之一。我国碳酸二甲酯生产企业有20多家，2002年生产能力2万t/a以上，产量约1万t/a。3碳酸二甲酯合成技术综述dmc传统的生产路线为光气法，但是由于光气的高毒性和腐蚀性以及氯化钠排放的环保问题而使得这一路线正逐渐被淘汰，普遍采用的合成路线有三种：以氯化铜或一氧化氮为催化剂的氧化羰基化反应、碳酸丙烯酯与甲醇的酯交换反应、尿素甲醇解反应。3.1光气法co+cl2cocl2（1）2ch3oh+cocl2ch3oc（o）och3+2hcl（2）2ch3ona+cocl2

4、ch3oc（o）och3+2nacl（3）它是合成dmc较早的方法，实际上是间接氧化羰基化过程。此法生产dmc的收率按甲醇计为90%，纯度95%以上。ludo提出用甲醇钠与co2反应生成碳酸钠甲酯，再以甲烷使其甲基化生成dmc。光气法是一种传统的合成方法，工艺简单，技术成熟。这些方法虽然DMC收率高，但存在操作周期长、成本高、原料光气剧毒、安全性差、运输不便、三废量大等问题，不符合新能源和环境的发展要求。目前，光气法正逐渐被其他方法所取代，属于消除法。3.2甲醇氧化羰基化法二年产2.7万吨碳酸二甲酯化工厂设计在该方法中，甲醇、CO和O2在催化剂作用下直接合成DMC。反应式如下：co+1/2o2

5、+2ch3ohch3oc(o)och3+h2o根据使用的催化剂不同，主要有以下两种不同的工艺路线。3.2.1液相法该法是以甲醇、co和氧气为原料的均相反应，cucl为催化剂。反应分2步进行:氧化反应：2cucl+2ch3oh+1/2O2 2Cu（CH3O）Cl+H2O还原反应：2Cu（CH3O）Cl+CO ch3oc（o）OCH3+2cucl3.2.2气相法其化学原理与液相法相同。所用催化剂为pd-cl2和CuCl/C固体催化剂。反应也分为两步：氧化反应：2No+2ch3oh+1/2O2 2ch3ono+H2O，还原反应：CO+2ch3ono ch3oc（o）OCH3+2No气相法目前仍处于试

6、验研究阶段，常压操作，生产稳定性高，催化剂活性高，甲醇转化率高，但是反应中使用含氮氧化物，对设备腐蚀严重，且dmc与草酸二甲酯分离困难，催化剂比较贵，寿命达不到工业化生产的要求。这些缺点限制了dmc工业化生产的发展。液相法已经实现了工业化生产，生产安全性高，缺点是由于反应副产物主要是水，水对催化剂影响较大，所以甲醇单程转化率较低。另外，卤化物催化剂中引入氯离子，腐蚀性强，催化剂寿命短。3.3酯交换酯交换法是以碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯与甲醇酯交换反应生产碳酸二甲酯，同时联产乙二醇或丙二醇。碳酸乙烯酯是以环氧乙烷与二氧化碳合成的，碳酸丙烯酯则是以环氧丙烷与二氧化碳合成的。3.3.1碳酸乙烯酯与甲醇酯

7、交换法（ch2o）2co+2ch3oh（ch3o）2co+hoch2ch2oh该技术的经济性对原料环氧乙烷和副产品乙二醇的价格比较敏感。其生产能力受原料的丰富程度影响较大。3.3.2碳酸丙烯酯钠（PC）与甲醇的酯交换反应c4h6o3+2ch3oh(ch3o)2co+ch3chohch2oh一般来说，酯交换法（以环氧化物为偶联剂间接合成二氧化碳和甲醇）具有产率高、腐蚀性低、反应条件温和、工艺无毒等优点。然而，由于丙二醇或乙二醇的联合生产，仍然存在一些缺点，例如原料（环氧化物）的易燃性和爆炸性，生产成本容易受到市场的影响。3.4尿素醇解尿素醇解法以来源广泛、价格低廉的尿素和甲醇作基本原料，具有原料

8、价廉易得、工艺简单和反应产生的氨气可以回收利用等优点，并且反应过程无水生成，避免了甲醇2dmc2水复杂体系的分离问题,使后续分离提纯简单化，节省投资，尤其对现有化肥厂开发三陕西科技大学毕业设计开题报告下游产品具有吸引力，发展前景广阔。通过尿素醇解合成碳酸二甲酯通常被认为分两步进行。尿素合成碳酸二甲酯的主要工艺路线有三条：3.4.1尿素直接醇解合成碳酸二甲酯。反应方程式如下：nh2conh2+2ch3oh(ch3o)2co+2nh3事实上，这是分两步进行的。尿素首先醇化为氨基甲酸甲酯，然后进一步醇化为碳酸二甲酯。具体反应如下：nh2conh2+ch3ohnh3cooch3+nh3nh2cooch

9、3+ch3oh(ch3o)2co+nh3在一定的反应温度和压力下，尿素首先与醇分子反应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机锡催化剂存在下与另一个醇分子反应，形成碳酸二酯。两步反应的醇可以相同，也可以不同。氨基甲酸酯与第二反应醇的摩尔比控制在2:110:1之间，反应体系中碳酸二酯的质量百分比控制在1%3%之间。该反应过程中尿素转化率高，选择性好，具有良好的应用前景和较强的竞争力。3.4.2尿素一碳酸丙烯酯(或碳酸乙烯酯)一碳酸二甲酯路线该路线分为两步：尿素与丙二醇反应制备碳酸丙烯酯，碳酸丙烯酯与甲醇反应制备碳酸二甲酯。碳酸丙烯酯与甲醇酯交换制备碳酸二甲酯是一个比较成熟的工艺，

10、其中碳酸丙烯酯的合成主要是二氧化碳与环氧丙烷的环加成反应。3.4.3尿素-二苯基脲-苯氨基甲酸甲酯-碳酸二甲酯路线这条路线由三个连续的反应组成。中间产品二苯基脲和苯氨基甲酸甲酯是重要的化工产品。反应过程分为三个步骤。反应方程式如下：nh2conh2+2phnh2phnhconhph+2nh3（1）phnhconhph+ch3ohphnhcooch3+phnh3（2）2phnhcooch3phnhconhph+(ch3o)2co（3）路线第一步和第二步的转化率和产量相对较高。在第三步中，当原料苯氨基甲酸甲酯歧化反应生成碳酸二甲酯时，也可以发生分解反应生成苯异氰酸酯。在一定条件下，这两种反应是竞争

11、反应。选择合适的催化剂和反应条件对提高苯氨基甲酸甲酯反应的选择性具有重要的理论意义。然而，该路线步骤多，设备投资大，工业化难度大。4本设计采用的工艺路线尿素醇解法最明显的优点是反应过程中没有水，消除了DMC-甲醇-水共沸体系的后续分离。这是最经济的生产方法。虽然上述三种方法都有许多问题需要解决，但出于经济和原料的考虑，它们有望取代现有的酯交换工艺。尿素醇解的原料尿素和甲醇的生产工艺在中国已经非常成熟，产量巨大，因此原料来源广泛，价格低廉。在尿素生产中使用二氧化碳可以减少温室效应。因此，我们选择尿素醇解作为本厂合成碳酸二甲酯的工艺方案。本厂采用的尿素醇解法流程：来自总厂的尿素和甲醇在混合釜中进行

12、充分的混合，四年产2.7万吨碳酸二甲酯化工厂设计然后进入常压反应器进行反应，生成中间产物氨基甲酸甲酯，经蒸馏塔分离。塔底产物，即氨基甲酸甲酯、尿素混合物和极少量甲醇，进入碳酸二甲酯反应器进行反应。反应后，碳酸二甲酯混合气经蒸馏塔冷凝预分离，除去部分甲醇，然后萃取，使甲醇完全分离，含有碳酸二甲酯的萃取相经蒸馏塔分离碳酸二甲酯，得到最终产品。反应过程中产生的氨和甲醇的混合物被不断添加的氮气和甲醇带走。分离后的氨氮混合物进入总厂合成氨，甲醇返回储罐作为原料重复使用。在每个步骤中分离的尿素、萃取剂和催化剂被抽回并重新使用。5任务完成的阶段及时间安排1-3周：熟悉主题，收集资料，完成开场报告及相关文件的

13、准备。到相关厂家参观实习，收集相关参数，主要包括碳酸二甲酯的工艺参数，4-6周原料的选择和规格，原料配比，原料转化率，中间产品和产品的收率，了解碳酸二甲酯制备方法的生产工艺和流程，了解相关生产设备的选型规定和选型的相关要求，熟悉厂区车间布置和拟建厂址的气象、自然条件。6-10周：对主要生产设备的规格型号进行工艺计算、选型及相关计算，对工厂建设投资进行估算，对产品规格进行预算，比较产品规格的国标要求，确定产品质量。使用相关绘图软件绘制工艺流程图、车间布置图（分层表示）、车间立面图（11-14周：（必要时用剖面图表示）、厂房布置图等。工艺流程图应涵盖主要工艺设备，并正确标明设备的型号和规格。15-17周：18周：根据毕业