1万吨年碳酸二甲酯装置建设项目可行性研究报告.docx

1、1万吨年碳酸二甲酯装置建设项目可行性研究报告1万吨年碳酸二甲酯装置项目可行性研究报告1 总 论1.1 概述1.1.1 项目名称、建设单位名称、企业法人 1 项目名称:宁东煤化工园区煤化工生产基地1万吨年碳酸二甲酯装置 2 承建单位:宁夏宁东能化投资有限责任公司 建设地点:灵武市宁东镇中心区宁东煤化工园区C区 法定代表:马汉成 单位地址为:宁夏银川市解放东街143号 3 建设地址:宁夏回族自治区灵武市宁东镇中心区1.1.2 编制依据 1 项目立项报告 2 立项报告批复文件 3 宁夏宁东能化投资有限责任公司与江苏煤化工程研究设计院有限公司签订的编制可行性报告委托合同 4 宁夏宁东能化投资有限责任公

2、司提供的设计基础资料 5 化工投资项目可行性研究报告编制办法1.1.3 编制原则 (1)采用先进技术和国内其他装置的成功经验,使本装置的技术达到世界一流的先进水平。 (2)立足于国产化。主要设备和材料由国内供应和制造,国产化率达到95%以上,部分特殊专用设备考虑引进。 (3)认真贯彻“工厂布置一体化、装置布置露天化、建筑结构轻型化、公用工程社会化、引进技术国产化”的设计原则。 (4)严格控制环境污染的同时做到综合利用。在工程设计和建设中采取有效防护措施,确保达到环保、消防和劳动安全卫生要求。 (5)宁东煤田目前探明储量约273亿吨,水、电、煤、土地等组合优势明显,已被确定为全国13个亿吨矿区之

3、一和西电东送电源点。本项目充分利用当地资源和能源丰富价廉的有利条件,以降低生产成本提高经济效益。1.2 项目提出背景、投资必要性和经济意义 (1)2000年党中央做出了实施西部大开发、加快中西部地区发展的重大战略决策,强调“把加快西部经济社会发展同保持政治社会稳定、加强民族团结结合起来,要逐步加大对西部地区的支持力度;在充分调动西部地区自身积极性的基础上,通过政策引导,吸引国内外资金、技术、人才等投入开发,有目标、分阶段地推进西部地区人口、资源、环境与经济社会的协调发展”。 中国共产党第十六大报告指出“要走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业

4、化路子”。同时还指出“推进产业结构优化升级,形成以高新技术产业为先导、基础产业和制造业为支撑、服务业全面发展的产业格局”。 (2)我国能源结构的特点是缺油、少气、煤相对丰富。据统计,2006年中国总的能源消费量达24.6亿吨标准煤,其中:煤炭占69.4%;石油占20.4 %;天然气占3.0 %;水电和核能占7.2 %。而据予测,在本世纪前50年内,煤炭在中国一次能源中仍将占主导地位。我国目前已探明的煤炭保有储量超过1万亿吨,可采储量在1100亿吨以上。煤多油少是能源赋存结构的基本特点,确立我国的能源安全战略,必须从这一基本条件出发。因此,以国内较丰富的煤炭资源为基础,大力发展煤化工产业,对于平

5、衡我国能源结构,解决石油短缺具有重大意义。 (3)宁夏宁东能化投资公司为了加快发展主导产业,坚持高起点、大规模、高技术、与环境友好、走新型工业化的道路,依托宁东镇拥有丰富的煤炭资源优势(已探明煤炭储量273亿吨,是全国十三个大型煤炭基地之一),大力发展煤化工产业链,积极开发聚丙烯、甲醇等深加工,对保障我国能源安全和促进可持续发展具有十分重要的战略意义。1.3 宁夏宁东能化投资有限公司简介 宁夏宁东能化投资有限责任公司成立于2004年,是宁东能源化工基地管委会出资注册的一个国有企业,注册资本金1000万元,属国有独资企业,主要经营土地开发,房地产、交通、能源行业的投资,污水处理等。目前,公司在宁

6、东基地已投资1亿余元,完成宁东煤化工园区、临河综合工业园区部分道路、绿化及供水工程。 宁东能源化工基地是宁夏的一个新建的大型工业基地,宁东煤化工园区、临河综合工业园区为其组成部分。 本项目建设地点位于宁东煤化工园区内靠近英力特园区的地块。1.4 本可研报告研究范围 本研究装置规模为:碳酸二甲酯1万吨年,本可行性研究的工作范围主要包括: 1 产品碳酸二甲酯国内外市场情况并进行价格分析; 2 评述国内外碳酸二甲酯的生产方法、工艺路线,推荐本装置采用的方法; 3 提供合理可行的工艺流程和所需的工艺设备;提供原材料、动力消耗及供应要求; 4 确定装置总平面布置; 5 规划项目建设进度、确定生产组织及劳

7、动定员; 6 提出本项目的环境保护治理措施及劳动防护措施。1.5 主要过程 1 生产规模确定 主要根据目前的市场需求预测、较合理的经济规模及原料供应情况,确定本装置的生产规模碳二甲酯为1万吨年。 2 生产技术路线的选择 采用先进的科技创新的成果,并立足于国产化,使本装置形成具有世界先进水平的生产技术。 3 公用工程方案确定 本项目生产装置所需的公用工程(水、电、气、蒸汽等)由工业园区内已建的供水工程、供电设施、供气(压缩空气及氮等)及供热管网分别供给。 4 装置总投资估算 以本装置的建设内容为依据,对新建装置生产区内的工艺设备、仪表、电气、土建等费用及项目所需的其他费用进行估算,确定本装置的总

8、投资。 5 财务和经济效益分析与评价 以装置的总投资、产品生产成本及销售收入为依据,按国家有关法规和政策,对本装置的财务和经济效益进行综合分析与评价。 6 对建设项目作总体平价,提出存在问题及建议。1.6 研究结论 1、本项目选择的技术路线是我国科技创新的技术成果?甲醇气相低压羰基化法制碳酸二甲酯。该科技创新成果已经完成300吨年规模的中间试验,中试成果可以作为进行年产万吨级工业示范装置设计的依据,而且必要时,可以延伸到至生产聚碳酸酯及系列产品(我国急需的新型透明工程材料)的工业示范装置。 2、该科技创新成果具有工艺技术先进,投资省、成本低等优点,单位产品的生产成本约为5967元吨,与其它工艺

9、方法生产的产品相比,具有更强的市场竞争力。 3、该工艺方法还具有能耗低、“三废”排放量少、与环境友好等优点。本项目中所需原料CO采用CO2与焦炭纯氧气化制取,可为减排CO2做贡献,这是有利于改善当地乃至世界环境状态的大事。 4、本项目总投资为13042万元。装置投产后,年均利润总额为2413万元、税前财务内部收益率为19.69%、财务净现值5882万元,具有较好的经济效益。盈亏平衡点生产能力利用率较低,正常年份为57.19%,具有较强的抗风险能力,竞争力强,市场前景良好,因此本项目在、经济上都是可行的。 5、本装置的建设可为宁东能源化工基地甲醇生产装置消耗一部分甲醇产品,生产的产品碳酸二甲酯近

10、期可提供市场销售,远期可延伸下游产品。 综上所述,本项目不仅符合国家能源政策和环保政策,而且技术先进、经济效益好,在技术上、经济上等各方面都是可行的。1.7主要技术经济指标表1-1 主要技术经济指标表序号 项目名称 单位 数量 备注 设计数据 1 装置规模碳酸二甲酯生产装置 104ta 1 2 产品方案碳酸二甲酯(纯度99.85%) 104ta 1 外售商品副产- 可研阶段暂未计3 年操作小时 小时 8000 4 主要原材料、辅助材料用量 4.1 甲醇 吨年 7900 4.2 焦碳2960 5 公用工程和动力消耗量 5.1 新鲜水 m3 28.510 蒸发热 kJkg 369.0611 介电常

11、数 2.612 相对蒸发速度(以醋酸丁酯为1) 4.613 经口致死量 LD50 mgkg 129002.1.1.2 产品的毒性 碳酸二甲酯的毒性很低,属略毒或无毒类,表2-2给出了碳酸二甲酯DMC与光气COCl2硫酸二甲酯DMS和一氯甲烷CH3Cl物性与毒性比较。表2-2 DMC、COCL2、DMS及CH3CL物性与毒性比较化学品性能 DMC COCl2 DMS CH3Cl外观 无色透明液体 无色气体 无色透明液体 无色气体相对分子质量 90.07 98.82 126.13 50.49熔点沸点 490.1 -1188.2 -27188分解 -97.6-23.7相对密度d420 1.071 1

12、.432 1.3322 0.921折射率nD20 1.366 - 1.3874 1.3721闪点 17(闭杯)22(开口杯) - 83 水溶性m% 14.53(40) 微溶(部分分解) 2.72(18) 4.02(25)溶解性 与水及甲醇可形成共沸物与所有有机溶剂混溶 几乎溶于所有有机溶剂 几乎与所有有机溶剂混溶 几乎溶于所有有机溶剂毒性mgkg 大白鼠经口LD5O 640012800小白鼠经口LD5O 640012800 小鼠吸入 LC50大 吸入 LC9人吸入致死 3200mgm3 大白鼠经口LD5O440大白鼠吸入LC32兔经口LC50 吸入致死量 LD50150毒性等级 略毒无毒 剧毒

13、 剧毒 居毒变异等级 阴性 阳性卫生允许浓度10-61.0 0.5 502.1.2 产品用途 碳酸二甲酯的分子结构中含有甲基、甲氧基和羰基等反应性基团,可作为甲基化、甲氧羰基化以及羰基化反应的反应物,从毒性看它可代替剧毒的光气或硫酸二甲酯作为甲基化或羰基化剂,其毒性极低是一种绿色化工产品。 碳酸二甲酯是一种优良的溶剂,其特点是熔点及沸点范围窄,表面张力大,粘度低,介质的介电常数小,蒸发热低,相对蒸发速度快。和其他常见溶剂如丙酮,异丁醇,三氯乙烷及甲苯相比,DMC具有闪点高,蒸汽压力低,空气中爆炸下限高等特点,如表2-3所示,在清洗及特种油漆与医药品制造方面常用作溶剂和溶媒。表2-3 DMC与常

14、见溶剂性能比较溶剂项目 碳酸二甲酯 丙酮 异丁醇 三氯乙烷 甲苯相对分子质量 90.08 58.08 60.09 133.41 92.1沸点 90.3 56.1 82.3 74.1 110.6熔点 4 -94.4 -88.5 -32.6 -94.97蒸汽压20KPa 5.60 24.66 4.27 13.33 2.93闪点(闭口杯) 17 -18 11.7 - 4.4爆炸极限% 3.821.3 2.1513 2.713.0 - 1.277.0粘度10-3Pa?s 0.625 0.316 2.41 0.79 0.579表面张力10-5Ncm 28.520.8 25.6 27.92蒸发热kJkg

15、369.06 523.0 676.58 249.82 363.09介电常数 2.6 1.01 18.6 7.12 2.2相对蒸发速度(以醋酸丁酯为1) 4.6 7.2 2.9 - 2.4经口致死量LD50 mgkg 12900 - 5800 - 7530卫生容许浓度 mgl - 0.40 0.2 0.24 20010-6 碳酸二甲酯是一种用途广泛的有机合成中间体,利用其甲基化、羰基化及甲氧基羰基化反应可获得众多衍生物。它是有机合成工业的绿色合成过程的透人的”积木块”。如图2-1所示。 图2-1 碳酸二甲酯衍生物 若按生产中所起作用及最终产品分则碳酸二甲酯衍生及其用途如图2-2所示。图2-2 碳

16、酸二甲酯衍生物及用途 产品的主要用途: 聚碳酸酯 以碳酸二甲酯为原材料生产聚碳酸酯时,通常先使碳酸二甲酯与酚进行酯交换反应,生成碳酸二苯酯DPC,再与双酚A在熔融状态下反应生成聚碳酸酯PC。聚碳酸酯是五大通用工程塑料之一,具有良好的透明性,阻燃性,耐紫外线辐射性以及抗冲击性等优良性能。近年广泛用于制造机械零件、医疗器械、电子、仪表、食品等工业,在工程塑料中其消费量仅次于聚酰胺。全世界聚碳酸酯主要集中在美、西欧、日、韩、巴西、东欧及中国7个国家与地区生产。全球最大聚碳酸酯生产厂商为德国Bayer公司,产能达123.7万吨年,占全世界总产能423万吨年的29.2%,美国GE公司居第二位,占全世界总

17、产能25.5%,该公司在印第安纳州Mount Vernon的24.5万吨年装置为世界最大PC生产装置。Dow Chemical排在第三位,占全球PC总产能11.1%。目前一些国外主要生产公司也在我国建设一些聚碳酸酯装置,如Bayer公司在上海建设20万吨年大型装置,日本帝人化成株式会社也在嘉兴乍浦化工园投资建设5万吨年聚碳酸酯装置,2007年我国产能已达27.6万吨年,拟建的装置多达200.7万吨年。2007年底表观消费量为94.27万吨。碳酸二甲酯和丙烯醇酯进行酯交换反应后可得到丙烯醇碳酸酯,丙烯醇碳酸酯再与二甘醇酯进行酯交换反应则可生成烯丙基二醇碳酸酯ADC,它是一种高透明树脂,可作眼镜片

18、。 异氰酸酯 碳酸二甲酯与胺基化合物反应可生成碳酸酯化合物,再加热分解则成异氰酸酯。异氰酸酯是聚氨基甲酸酯的原料。此法可用于甲苯二异氰酸酯(TDI)和二苯甲烷-4.4-二异氰酸酯(MDI)的合成。MDI与TDI是聚氨酯的主要原料,还可以用于制造农药和除草剂。 此外,碳酸二甲酯与肼反应可得到碳酸肼H2NNHCONHNH2可作为锅炉除垢剂,无致癌性,亦无爆炸危险。 聚碳酸二醇酯PCD 它是一种新型多元醇,亦称聚碳酸酯二元醇(Polycarbonatediol),也是合成聚氨酯的原料,可由碳酸二甲酯与1.6-已二醇制得,其基本反应为: 用PCD制得的聚氨酯与由其它聚酯二元醇制得的聚氨酯相比,具有更好

19、的耐热性、耐水解性,其应用范围也更广。以碳酸二甲酯为原料制取聚碳酸二醇酯还可大幅降低生产成本。国外生产PCD的主要公司是一些日本公司。如,日本聚氨酯、东亚合成及宇部兴产等。 甲胺基甲酸萘酯 甲胺基甲酸萘酯又称西维因或“甲萘威”,最早有联合碳化物公司推出的第一个氨基甲酸酯成品类杀虫剂,是一种广谱杀虫剂,以触杀为主,兼有胃毒作用,对稻飞虱、黑尾叶蝉、棉铃虫均有效。传统工艺是由光气与一甲胺合成异氰酸甲酯,异氰酸甲酯再与-萘酚反应获得。所用原料光气及中间产物异氰酸甲酯均为剧毒物,1984年在印度发生的帕墨尔惨案就是因联碳公司采用此工艺的光气泄漏所引发的。现在改用无毒碳酸二甲酯代替剧毒光气,先与-萘酚进

20、行醇解反应得到甲基碳酸萘酯,再与甲胺反应得到西维因,现美国GE公司已实现工业化生产。 苯甲醚(茴香醚) 苯甲醚为重要的农药与医药中间体,还可用作食用油及油脂的抗氧化剂,塑料加工稳定剂及食用香料。原来生产方法用硫酸二甲酯为甲基化剂与酚反应而得,由于硫酸二甲酯有剧毒,副产物硫酸氰甲酯必须进行处理。而用硫酸二甲酯作甲基化剂所得苯甲醚产率高,副产物为甲醇与二氧化碳,勿需处理。 四甲基醇铵TMAH 四甲基醇铵是一种可挥发性的强碱性物质,主要用于高集聚度大规模积成电路片照相印刷中作为正片型光致抗蚀剂的显影液。传统工艺用氯甲烷与三甲胺反应得到的甲基氯化铵后再经电解而得。由于TMAH产品中含有微量氯化物会导致

21、光致抗蚀剂表面生成不落物,严重影响大规模集中电路图形保护膜的形成。改用碳酸二甲酯与三甲胺反应生成碳酸四甲基铵甲酯(TMAMC),它再水解成碳酸氢四甲基铵,再电解可得到TMAH,由于碳酸二甲酯不含氯化物,所得TMAH纯度很高。 肼基甲酸甲酯 肼基甲酸甲酯又称N-甲基咔唑,是制取农药和饲料添加剂卡巴氧的中间体。肼基甲酸甲酯可由肼与碳酸二甲酯在锌粉催化剂存在在反应而得,该生产路线已实现工业化。其基本反应为: 长链烷基碳酸酯 C12到C15的高碳醇与碳酸二甲酯反应可得到骨架结构中带有长链烷基碳酸酯。 这类长链烷基碳酸酯是合成润滑剂的基体材料,具有优良的润滑。耐磨、自清洁和耐腐蚀性能,此外还具有能与其他

22、基体材料的相容性及对密封材料的适应性。现已用于发动机机油、压缩机油、切削用油、压延用油等油品的配制中。日本三井石化公司已尝试用碳酸二甲酯合成新型润滑油,并已用聚乙二醇单醚与碳酸二甲酯合成出新型碳酸酯类润滑剂,它能与HFC-134a、HFC-152a等制冷剂很好的相容,可用于冰机的冷却介质。 对二氨基脲 肼曾被广泛地用作锅炉除垢剂,但肼本身具有易燃、易爆、并有致癌的危险性。而由碳酸二甲酯与肼反应生成的对二氨基脲(或称碳酸肼)因熔点高、毒性小、水溶性好,既可呈固体粉末形式使用,也可呈溶液形式使用,它已广泛用于欧美各国,日本每年约有50吨碳酸二甲酯用来生产这种锅炉除垢剂。其基本反应为: 合成碳酸乙烯

23、酯及碳酸丙烯酯 碳酸二甲酯与乙二醇或丙二醇进行酯交换反应时可分别得到碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯。碳酸乙烯酯是一种新型溶剂,可用于纺丝或萃取芳烃时的溶剂。而碳酸丙烯酯对CO2吸收能力很强,化学性质稳定,工业上一般还可将环氧丙烷与二氧化碳在加压下进行加压反应再经减压蒸馏而得。它可作为油性溶剂、纺丝溶剂、烯烃与芳烃的提萃取剂,在合成氨工业则常作为脱除二氧化碳的吸收剂,也可作为水溶性染料及颜料分散剂。 合成二甲基对苯二酚 碳酸二甲酯与对苯二酚反应可生成二甲基对苯二酚。该产品可用于基本有机合成。制药、香料、染料等行业,如制备高热稳定性有机硅,合成高龙胆酸,香豆素,也可在油墨、香皂、香水、洗涤剂中作抗氧化剂及

24、定香剂。 合成氨基?唑啉酮 碳酸二甲酯与肼类化合物经羰基化、环化等一系列反应后可制得痢特灵(呋喃唑酮)的中间体氨基?唑啉酮。使用碳酸二甲酯为羰基化剂时比老工艺收率高,产品质量好,其主要反应为: 在西欧生产呋喃唑酮消费的碳酸二甲酯占其总消费量的46% 制造环丙沙星 环丙沙星是一种广谱杀菌剂,在环丙沙星以及相近的诺氟沙星(氟哌酸),吡哌酸,乳酸环丙沙星等制造时,碳酸二甲酯作为甲基化剂使用,在生产中具有使用安全、方便、污染少、易运输等优点。环丙沙星是预防炭疽病特效药,估计全世界仅用于生产抗感染类药物每年就需要碳酸二甲酯2.6万吨,而整个医药行业则需4万吨。 烷基芳基胺 碳酸二甲酯与芳香胺反应可制得烷

25、基芳基胺或芳基芳香胺,它们都是染料中间体。此外碳酸二甲酯与丁子香酚反应可得到丁子香酚甲醚和对苯二酚反应可制得氢醌二甲醚,这些产物均可作香料。 合成甲氧基羰基氰氨钠 碳酸二甲酯与氰氨钠在醇溶液中反应可得到甲氧基羰基氰氨钠,主要用作合成试剂,但它也是植物保护剂、杀虫剂及医药中间体。 合成2-苯并咪唑氨基甲酸酯 碳酸二甲酯与2-氨基苯并咪唑反应可制得2-苯并咪唑氨基甲酸酯,它是一种有效的杀虫剂,可用于治疗人和动物的多种寄生虫。 -酮羧酸酯(Ketocarboxylate 由碳酸二甲酯可制得-酮羧酸酯,它进一步加工可以制取吡啶,嘧啶,异?唑及吡咯等含氮杂环化合物,它们都是医药工业常用原料。日本宇部兴产

26、株式会社在这方面进行了大量开发工作。 除上述17种碳酸二甲酯的生产品外还可作为溶剂及汽油添加剂等非反应性用途。 溶剂 碳酸二甲酯DMC是一种低毒溶剂,作为溶剂其性能远远优于一些常见溶剂,表2-5已给出碳酸二甲酯与丙酮,异丁醇、三氯乙烷及甲苯做为溶剂时的性能比较。DMC还是具有下述优点:与其它有机物相溶性好;微毒且蒸发速度快,蒸发温度较高;脱脂能力较高;熔沸点温度窄,表面张力大,粘度低,介电常数小。因而它可有用于半导体工业替代氯氟烃或三氯乙烷这些对臭氧层有破坏的溶剂作为清洗剂,也可用于医药工业以及油漆、油墨等工业中作溶剂还可作为CO2载体应用于喷雾方面。目前国内DMC产品中有一半以上的DMC用于

27、涂料工业。在硝基漆、家具漆、车用漆、热塑性丙烯酸漆、丙烯酸聚氨酯漆、醇酸聚氨酯漆等多种油漆中被广泛使用,可取代目前常用的甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、醋酸丁酯、丙酮、丁酮等溶剂。在胶粘剂行业碳酸二甲酯也可取代醋酸乙酯、醋酸丁酯、丙酮、丁酮作为溶剂。在当前全球原油价格不断飙升并突破每桶120美元大关,以及环保要求日益严格形势下,碳酸二甲酯作为绿色环保型溶剂会有着广阔的市场前景。 汽油添加剂 碳酸二甲酯的辛烷值高和常用的添加剂甲基叔丁基醚MTBE相当,它与汽油的相溶性好,抗水性好,蒸气压低。混合分配系数适宜,分子含氧高达53%,远高于MTBE的18%,因而是一种极有前途的汽油添加剂。目前各国普遍使用的M

28、TBE还存在下述问题: MTBE是以石油化工产品异丁烯为原料,当前石油价格居高不下,使MTBE价格高昂; 由于MTBE渗透污染地下水源,并会诱发癌症,美国已全面禁用,日本等国家亦在效仿。 DMC与其它汽油添加剂性能比较如表2-4所示。表2-4 DMC与其它汽油添加剂性能比较添加剂项目 DMC MTBE 甲醇 汽油相对分子质量 90.08 88 32 100密度 gcm3 1.07 0.74 0.49 0.72-0.78沸点 90.2 55.3 64.4 90%馏出点160165冰点 4 108 97.8 燃烧热 MJkg 15.8 34.90 20.28 43.96RVPKPa 80的催化汽油

29、、烷基化汽油及重整汽油。2.2产品国内外市场2.2.1 国内市场2.2.1.1国内生产情况 我国碳酸二甲酯DMC产品于上世纪80年代初开始生产,早期都是使用剧毒的光气为原料,规模一般在300500吨年;90年代以后,各高校和科研院所相继推出非光气法生产工艺,目前光气法装置已全部停产。 氧化羰基化工艺现已有4000吨年的工业生产装置,酯交换法近年发展迅速,其产能已占到国内总产能的90%以上,成为主要生产方法。国内早期DMC生产企业如表2-6所示。表2-6国内早期DMC生产企业企业名称 产能、吨年 生产工艺重庆长风化工厂 300 光气甲醇法辽宁阜新有机化工厂 300 光气甲醇法江苏吴县农药厂 500 光气甲醇法江苏如东农药厂 500 光气甲醇法山西交城县化肥厂 500 光气甲醇法上海中联化工公司 500 光气甲醇法上海吴淞化工总厂 1100 光气甲醇法上海爱生比益化工公司 1000 光气甲醇法上海天原集团申聚化工厂 2000 光气甲醇法湖北兴发化工集团 4000 甲醇羰基化法山东青州泰富化工厂 300 酯交换法江苏泰兴东方新型有机材料厂 300 酯交换法江苏泗阳化肥厂 300 酯交换法江苏盐城诚一化肥厂 300 酯交换法