精馏法分离甲醇和碳酸二甲酯

化工设计项目建议书

项 目 建 议 书

2009届

萃取精馏法分离甲醇和碳酸二甲酯

学生姓名 周勇 学 号 09114534（26） 院 系 化学化工学院 专 业 应用化学 指导教师 填写日期 2012年3月23日

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萃取精馏法分离甲醇和碳酸二甲酯项目建议书

一 、项目建设的目的和意义

1、 建设目的 化学工业的发展，在为人类提供丰富多彩的物质享受同时，也在严重的破坏人类赖以生存的环境。大气酸化、江河污染、温室效应加剧、臭氧层破坏等等，都在导致环境恶化，损害人类的健康，威胁着人类可持续发展的空间。从各种统计数据来看，环境恶化已成不争的事实，迫切需要人类采取措施保护环境。因此，在1992年联合国环境与发展大会上，有183个国家，103位国家元首或政府首脑和70个国际组织出席签署了“关于环境与发展的里约热内卢宣言”。宣言正式提出可持续发展是全球可持续发展的基本战略，认为资源与环境是可持续发展的关键问题，提出建立与环境友好的清洁生产--生态经济新模式。绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学和清洁化学，是用化学的原理和方法来减少或消除对人类健康、社区安全、生态环境有害的料、催化剂、溶剂、试剂、产物、副产物等的新兴学科，是从源头阻止环境污染的化学学科。国内外绿色化学的研究工作主要是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化展开的，如图所示。经过近些年来不断的研究和开发，绿色化学已经取得了可喜的进展。

随着人们环保意识的加强和可持续发展战略的实施，许多传统的化学工业因环境污染等问题而面临着严峻的挑战。而利用化学原理和方法从根本上减少或消除传统工业对环境的污染，并改善人类生存环境和大幅度提高经济效益的绿色化学工业则正在全球蓬勃兴起。碳酸二甲酯作为一种重要的化工原料，在国内外都长期处于供不应求的状态，而且目前国内外现有的碳酸二甲酯生产装置不仅生产效率低，而且对环境均有不同程度的污染。

2、 建设意义

现代科学技术不断发展，人们越来越重视对环境的保护，化工企业要长期立于不败之地，应尽量选用安全无毒的原料，生产过程少产生甚至不产生“ 三废” 。而碳酸二甲酯，是一种重要的有机合成中间体，分子结构中含有羰基、甲基和甲氧基等官能团，具有多种反应性能，在生产中具有使用安全、方便、污染少、容易运输等特点。由于碳酸二甲酯毒性较小，是一种具有发展前景的“绿色”化工产品。近年来碳酸二甲酯的应用受到了越来越广泛的重视。

此外，碳酸二甲酯项目不仅拉动当地就业，带动了当地的直接就业和间接就业能力，使当地的下岗工人重新回到工作岗位，提高了人们的生活水平，而且直接增加了地方财政的税收，间接地增加了国家财政的收入。碳酸二甲酯投资项目还可以提高当地的知名度，推动当地居民的消费能力，进而促进该地区基础设施的建设。

二、产品需求初步预测

1、国外产能情况及需求预测

国外生产DMC的企业大约有十几家，其中规模较大的有意大利ENI公司。目前世界DMC的生产能力约130kt/a ,年产量不足100kt,主要分布在美国、法国、意大利、日本等国。国外的DMC消费情况是50%-60%用于取代剧毒的光气，制造聚碳酸酯、西维因、呋喃丹、苯甲醚等，20%-30%用于制造环丙沙星等特殊用途的新产品，其余10%-20%用作溶剂。

2、国内产能情况及需求预测

我国目前DMC生产企业有10余家，生产能力均不大。近几年来，由于DMC下游产品——

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聚碳酸酯、聚氨酯、涂料溶剂、汽油添加剂、高能电池电解液市场发展迅速，带动了DMC市场需求量的走高，2005年,DMC国际市场需求量约13万吨，国内为3～4万吨。预计国内外DMC的需求将以10～20％的速度递增，到2010年国内需求量将达10万吨以上，国外将达到20～30万吨。

三 、产品方案和拟建规模

碳酸二甲酯是一种重要的化工中间体。目前已工业化的合成工艺有：光气法、酯交换法、甲醇氧化羰基化法等等。当然还有一些是正处于研发阶段的工艺：甲醇与二氧化碳直接合成法、甲醇电解羰基化法、二甲醚氧化羰基化法、尿素醇解法等。根据实际情况，打算建造能够分离年产量为1.5万吨碳酸二甲酯的小型企业。

四、工艺技术方案

我国目前碳酸二甲酯的工业合成方法仍然是光气法和酯交换法为主，不但不符合环保的要求，而且也不经济，加上我国的碳酸二甲酯生产能力远远不能满足市场需要，大部分依赖进口，国家为此每年需花费大量外汇。随着环保的需要，碳酸二甲酯需求越来越多，对其进行开发研究，市场前景看好。

甲醇氧化羰基化法，原料易得,工艺简单,反应物和生成物毒性极小,收率高成本低, 无环境污染, 是目前最有发展前途的合成方法, 是研究、开发、生产首选的合成工艺。此法又分为液相法和气相法, 由于气相法目前收率不高,催化剂再

生复杂等因素, 离工业化尚有一段距离。因此,甲醇液相氧化碳基化法便是研究、开发、生产DMC合成工艺的重点，该法的关键是催化剂和DMC-MeOH共沸物分离方法的选择。

DMC-MeOH 二元共沸物分离方法的选择：为了制得较纯的DMC,需将DMC-MeOH二元共沸物进行分离。对此国内外进行广泛的研究。提出了低温结晶法、膜分离法、加压精馏法、共沸物精馏法和萃取精馏法。

（1）低温结晶法 利用DMC的凝固点(4℃)比甲醇凝固点(一98.7℃)高,选择适宜的温度使DMC凝固结晶。一般恒沸物要在一35℃下结晶,分离结晶后再蒸馏。DMC收达95%一96%。此法工艺复杂, 操作困难, 能耗高。 （2）膜分离法 利用一种特定的膜,将混合的气体或液体,通过渗透作用,使某一种分子从其混合物中分离出来。Rautenbach Robert对其选择性研究发现,二甲基硅氧烷高分子膜,含有四铵基平衡离子或碱金属平衡离子膜均可分离DMC一MeOH共沸物。

（3）共沸精馏法 在DMC一MeOH共沸物加人C5一C8烷烃或环烷烃共沸剂,使甲醇与烷烃形成新的共沸物,比原共沸物温度相差10℃以上。新的共沸物从共沸精馏塔顶蒸出,经冷凝后用水混法回收甲醇,经一般精馏分离水和甲醇,再从共沸物精馏塔蒸出DMC。此法能耗较大,操作较难控制,共沸剂选择有限。

（4）萃取精馏法 在DMC一MeOH共沸物中添加一种(如氯苯、C4一C15 碳酸二酯、水糠醛、DMO等)沸点较原组分均高的萃取剂,能显著改变原组分间的相对挥发度,又不与原组分形成共沸物,达到提高分离效率的分离方法。一般工艺将DMC一MeOH共沸物从萃取精馏塔中部进人,萃取剂从塔顶进人,与上升气体逆向流动,塔顶蒸出甲醇,DMC和萃取剂从塔底进入回收塔,塔顶为DMC,塔底回收的萃取剂再用,此法比其他分离方法,投资省,效益好,操作简单,安全可靠,具有发展前景。

因此，我们选择萃取精馏法为此项目的分离方法。基本流程图如下：

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萃取精馏塔中,碳酸二甲酯和甲醇混合液经恒流泵从塔的中部进料口加入,萃取剂邻二甲苯从塔顶偏下部加入.在塔中部的萃取段,向下流动的邻二甲苯和上升的碳酸二甲酯、甲醇气流形成逆流流动,经充分接触,得到较纯的甲醇经塔顶馏出. 碳酸二甲酯和邻二甲苯混合物从塔底出料,经冷却后从萃取剂再生塔的中部进料口进入,在塔内二者得到很好的分离,塔顶出料为较纯的碳酸二甲酯,塔底得到高纯度的邻二甲苯，萃取剂邻二甲苯可以循环使用。

五、资源、主要原材料、燃料和动力的供应

从表可以看出，液相氧化羰基化法投资最大，气相氧化糖基化法投资最少，仅为前者的二分之一：原材料消耗上来看，酯交换法最多，液相氧化羰基法和气相氧化羰基法比较接近：燃

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料动力和共用工程消耗及副产物回收相加来看，酯交换法最高，气相氧化羰基化法最低：综合考虑液相氧化羰基化法技术经济性最好。

六、建厂条件和厂址初步方案

绍兴县滨海工业区地处绍兴北部，紧邻杭州、宁波、上海，总规划控制面积100平方公里，定位点是打造国际纺织品制造中心和现代化开放型工业新城，是目前浙江省最大的开发区之一。

目前，滨海工业区投资环境日臻完善，市政框架拓展到了63平方公里，“八通一平”基础配套面积达到36.7平方公里，建成区面积15平方公里，水、电、汽、天然气、排污等大型工业配套十分完备。产业结构日趋合理，集聚能力明显增强，已初步形成石油化工、聚酯化纤、包装材料、生物医药、纺织制造、农产品深加工等六大优势产业集群。其中石油化工以华联三鑫为代表，PTA生产规模位居全球第二，亚洲第一。新型材料以欧亚薄膜为代表，薄膜单体生产规模全球第一。聚酯化纤集聚了远东集团、赐富集团、世创石化、海富化纤四家大型化纤企业，年产能100万吨，规模全国领先。农产品深加工以中大饲料、中大油脂等企业为代表，其中饲料生产全省第一，油脂生产全省第二。此外，机械制造、五金产品、电子通讯产业正在加速发展。

由于滨海工业区的整体环境优良。拥有丰富的自然资源和土地资源；拥有充足的劳动力供应，完善的生产、生活配套设施；拥有科学的产业规划和良好的产业发展基础。不仅如此，绍兴工业职业技术学院，绍兴文理学院在距离该地区也很近，是一个不可忽视的知识宝库，可直接或间接地推动该厂的科研开发和技术创新。将工厂建于此地必有良好的收益。

因此我们打算将工厂建造地址选择在浙江省绍兴市绍兴县滨海工业区。

七、环境保护

化工行业所涉及的原料、材料、中间产品大多数是易燃易爆、有毒、有臭味、有酸碱性的物质。一个化工生产装置从设计开始，就意味着有一个污染人们生存环境的实体即将诞生，那么在设计中同时考虑如何尽可能减少和控制生产过程所产生的污染物，并且设计对这些污染物加以工程治理的手段，使之减少或完全消除，则是完全必要的。 1、主要污染源及污染物分析： 1.1、废气

（1） 在建厂施工期间，工程及运输车辆排放的尾气及扬尘，主要污染物有CO2、CO、氮氧化合物及烟尘等。 （2）在正常生产期间，本工艺设计生产流程清洁，理论上并不会产生废气污染物。但是不可避免的，在以下情况会有极少量的废气产生：①反应器所生成的产物在高温下气化溢出；②化工厂常年工作管道不可避免的会有些泄露，比如NH3泄露。 1.2、废水

施工期间的水污染物主要为工人的生活污水以及管道施压后排放的工程废水。生产期间，产生的废液主要为碳酸二甲酯生产工段废弃液，以及各场站等后方设施排放的生活污水以及地面洗水等。 1.3、废渣

施工中的固体废弃物来源于废弃物料、催化剂和生活垃圾，平时生活中的废弃物为生活垃圾。生产过程中产生的催化剂废料、锅炉房的煤渣、以及污水处理站产生的污泥等。 1.4、噪声

噪声主要来源于振动、转动等设备产生的噪声，如各类泵等产生的噪音等。 1.5、生态

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一般化工厂对生态的影响主要表现在对地表层的破坏，植被的破坏，土壤结构的改变，土壤养分的流失以及不良地质条件下带来的水土流失等。本设计的实施基本没有造成对生环境的破坏。属于环保型项目 2、主要防治措施 2.1废气的处理措施

对整个工艺流程装置中最有可能发生泄露或泄压的地方(例反应器爆破片，气体提纯塔等等)，对其进行封闭处理。提纯工段产生的少量气体也进行焚烧处理，由于是低分子有机物燃烧，最终只会产生少量的二氧化碳和水，不会对大气环境造成太大污染。 2.2废水的处理措施

生活排污水送入污水回用水装置处理后回用。本工程产生的废液均排入污水处理厂处理，达到一级排放标准后进入回用水装置处理，达到《污水再生利用工程设计规范》（GB/T50335-2002）后回用于循环水工艺。对各种生产废水进行生化处理后回用

不外排，因此不会对当地水体环境造成大的影响。 2.3废渣的处理措施

生产过程中产生的废催化剂，送往催化剂厂家回收。生活垃圾由环卫部门收集后统一送往垃圾回收站处理。长时间生产后，罐底残留的废弃物料委托具有危险固废处理资质的专业单位进行处理。 2.4噪声的处理措施

设计中尽量选用低噪声、少振动的设备，对生产较大噪声和振动的设备，采取消声、吸声、隔声及减振、防振措施，使操作环境中的噪声值达到规范要求。在总图布置中，根据厂区的总体布置并结合地形、声源方向性、建筑物的屏蔽作用及绿化植物有吸收作用等因素进行布局，减弱岗位噪声的危害作用。在操作中只设流动岗位，不固定值班，需要固定值班的，设置消声墙等，也可以采取相应的个人防护，如可以佩戴耳塞、防声帽、防声耳罩。并在厂

区种植降噪植物。 3、绿化设计

绿化植物可以对保护环境起着多种作用，是防止环境污染的一项重要措施，它可以改善小区域的气候、净化空气中的有毒有害气体，防止粉尘扩散和迁移、净化污水、工厂的绿地

建设，是综合实力的外在表现，是企业的外衣，体现它的外部形象。

绿化布置要综合考虑，全面规划，按照不同的功能区选择不同的绿化树种。厂区前、办公区前绿化布置以美化为主，选择有一定观赏价值的乔木灌木等，同时还可配有假山、棚架、喷泉以及花草等装饰小品，绿化系数要达到30%。

我们采用的植物主要以绿色木本植物为主，环厂区种植，树种主要选用的是香樟树和桂花树。这两种树种具有吸烟滞尘、涵养水源、固土防沙和美化环境的能力，有较强的抗海潮风及耐烟尘和抗有毒气体能力，并能吸收多种有毒气体，并对氯气、二氧化硫、氟化氢等有害气体都有一定的抗性，能够起到美化环境的作用。

为防止厂区内噪声对厂界周围的影响，在厂围墙内外选择树冠低矮、分枝低、树叶茂密的长绿乔、灌木搭配种植，形成一定宽度的吸声林带，以防止和降低噪声对周围环境的影响。

八、投资估算和资金筹措设想

1、总设备投资费用计算

设备名称及技术

型号、规格

规格 共沸塔

DN1400×18000

数量 单价/万元 总计/万元

1 27 27

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萃取精馏塔 萃取剂回收塔 DMC精馏塔

总计

DN1600×25000 DN1600×25000 DN1000×18000

1 1 1

60 24 9

60 24 9 120

2、其他固定资产投资

要素 设备安装 仪表 仪表安装 管道 道路 其他 小结

成本/万元

54 15 2.25 20 80

要素 车辆 办公设备 其他建筑 厂区建筑 行政、生活设施

100万元 1621.25万元

成本/万元 150 100 500 500 200

注：设备的安装费为该设备的45%；控制仪表费为15%。 3、固定资产折旧费

固定资产折旧率与服务寿命和残值有关，服务寿命是指该资产能够经济合理使用的时间，在估计服务寿命时间应同时考虑到功能性折旧与实质性折旧。一般房屋建筑物的使用年限为20年，而机器设备为15年，运输其中设备包括电子设备为5年。残值是指固定资产报废时的残余价值。一般，残值=残值率×原值，残值率一般取3%-5%，这里残值率取4%，则每年的折旧费用为原值×（1-残值率）/折旧年限。

设备残值

序号

项目

原值/万元

残值率/%

率/万元

1 2 3 4 5 5

折旧（万元

折旧年限

/年）

15 20 10 15 15

7.68 48 14.4 6.4 6.4 82.88

生产设备 建筑 车辆 办公设备 其他 累计折旧

120 1000 150 100 100

4 4 4 4 4

4.8 40 6 4 4

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4、维修费用

在生产过程中，不可避免地会出现故障，需要定期检修，一般维修费用占固定资本的3~10%，我们取5%，故维修费用=5%×（120+1621.25）万=87.0625万元。

5、共沸剂费用

成本项目 邻二甲苯 合计

用量/吨 20

单价/元/吨 7000

总价/万元

14 14

6、能源的消耗

项目 生活用水 循环冷却水

蒸气 电 总计

年用量 5000吨 50000吨 30000吨 600万Kw×hr

单价 1.3/t 0.2/t 100/t 0.6元/kW×hr

总价（万元）

0.65 1 300 360 661.65

7、总投资费用

总投资

要素 主要设备

固定资产投资

其它固定资产投资 土地购置费 固定资产折旧费

维修费用 原料费用

其他费用

人事费用 能源的消耗 “三废”处理费

总计

200 661.65 2 2988.8425 成本/万元 120 1621.25 200 82.88 87.0625 14

8、投资额的确定

一般化工项目的资金回拢期为3个月，即流动资金一般取一年成本的25%，达产期年生产成本为2988.8425万元，即可得到流动资金为747.21万元。

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项目 成本 固定资产投资 流动资金 总投资额

注：总投资额=固定资产投资额+流动资金

金额（万元） 2988.8425 1941.25 747.21 2688.46

9、资金筹措

本工厂的总投资约为2689万元，资金筹措方案为向中国工商银行贷款2000万元，借款偿还期为5年。剩下的689万由企业自有资金注入。

九、经济效益和社会效益的初步估算

产品 碳酸二甲酯 总计

产量/吨 15000

价格/（元/吨）

7000

收益/万元 10500 10500

每年总投资2688.46万元，年收益为10500万元，纯利润10500-2688.46=7811.54万元

十、结论

碳酸二甲酯作为一种多用途的清洁化工原料，已越来越为世人所认识，对其需求量也日益增长。因此，深入开展其合成和分离工艺的研究工作，尽快开发出一种更先进更切实可行的工艺，以满足对DMC的需求，意义重大。

十一、参考文献

张立庆等 甲苯萃取精馏分离甲醇和碳酸二甲酯二元共沸物 浙江科技学院生物与化学工程学系，杭州 310012

周俊芳 碳酸二甲酯的合成及关键技术的选择 襄樊市燃料科学工业局，湖北 襄樊441003

陈文燕，唐海军 碳酸二甲酯合成技术与经济分析 中国石油 克拉玛依石化公司 炼油化工研究院，新疆 克拉玛依834000

张宗飞等 甲醇合成碳酸二甲酯产物的分离 南京工业大学 化学化工学院，江苏 南京 210009

韩萍芳等 碳酸二甲酯-甲醇共沸物的分离方法研究进展 南京工业大学 化学化工学院，江苏 南京 210009

霍小伟等 萃取精馏法分离甲醇和碳酸二甲酯二元共沸物 西安交通大学能源与动力工程学院，710049，西安

陈大红 年产1.5万吨碳酸二甲酯化工设计 医药化工学院 化学工程与工艺

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