千吨级尿素二步法合成DMC中试成功
我国尿素法合成碳酸二甲酯技术研发与工业化获得重大突破。记者7月12日-14日在江苏晋煤恒盛化工股份有限公司采访时了解到，由华东理工大学和该公司合作研发的、拥有自主知识产权的尿素二步法合成碳酸二甲酯（简称DMC）工艺技术之第一步：尿素与丙二醇合成碳酸丙烯酯1000吨/年工业化、连续化中试生产获得成功。这是继今年5月份，亚申科技研发中心（上海）有限公司与山东飞扬化工有限公司合作开发的万吨级尿素醇解法合成DMC装置打通全流程后，我国DMC工业化技术开发取得的又一项成果。
该中试装置经过半年多的试运行，在间歇反应中，尿素单程转化率达到100%，碳酸丙烯酯收率达90%-91%。在连续反应中，尿素转化率达到100%，碳酸丙烯酯收率为92%-95%。从而，验证了尿素与丙二醇合成碳酸丙烯酯工艺的可行性。
由于第二步甲醇与碳酸丙烯酯进行酯交换反应制备DMC工艺，华东理工大学和国内数家科研单位与企业，已经拥有比较先进和成熟的工业化技术，单套生产装置最大产能已经达到5万吨/年。因此，该项中试技术开发与工业化试验获得成功，开辟了我国DMC制备的新工艺，并为国内已经严重过剩的尿素、甲醇产能开拓出了新出路。
该项目负责人、华东理工大学方云进教授告诉记者，尿素二步法合成碳酸二甲酯技术主要是以尿素和传统酯交换法DMC工艺中的副产物——丙二醇为原料，首先合成中间体——碳酸丙烯酯，碳酸丙烯酯再与甲醇酯交换反应合成碳酸二甲酯，副产的丙二醇再返回去与尿素继续合成碳酸丙烯酯。合成DMC的真正原料其实是尿素和甲醇。
方云进教授介绍，该工艺与传统的酯交换法制备DMC路线相比，具有三大特点：一是解决了传统酯交换制备DMC工艺中副产物丙二醇出路问题，因为目前国内酯交换产生的丙二醇已大量过剩，丙二醇的销售好坏直接影响碳酸二甲酯装置的经济性。二是采用了国内过剩的价廉而且价格相对稳定的尿素为资源，产业化成本大大降低。三是嫁接了成熟的酯交换生产技术，使得尿素二步法合成碳酸二甲酯技术相对尿素一步法醇解技术更易工业化放大。
方云进说，尿素一步法（或称作尿素醇解法）制备DMC具有工艺路线较短、原料便宜的优点，但反应条件苛刻，DMC的收率较低。高活性和长寿命的催化剂制备最关键，目前尚没有取得突破；工程问题也比较多，投资较高，目前还未见有大规模工业化成功的报道。
目前，我国几乎所有的DMC生产装置均采用酯交换法，此项工艺技术成熟、可靠，年生产能力已经达到90多万吨。但该工艺主要以环氧丙烷为原料，价格较贵，受石油价格波动的影响较大。另一个关键问题是其副产的丙二醇产量太大（约70多万吨/年），产量远远大于需求量，其价值抵消不了环氧丙烷的原料价格，降低了碳酸二甲酯装置的经济性，严重制约了此行业的发展。
尿素二步法合成条件温和，过程易于操作，反应原料廉价易得，尿素的转化率和产物的收率都很高，其汲取了尿素一步法的原料路线优势和酯交换法工艺成熟的优点，酯交换联产的丙二醇直接循环使用，产生的氨气可以回收利用，并且不受石油行业的限制，经济效益显着，具有很强的竞争力。
晋煤恒盛化工股份有限公司副总经理、总工程师曹广安告诉记者，恒盛化工拥有近100万吨/年尿素和50万吨/年甲醇的生产能力，公用工程配套齐全，且公司地处我国华东，靠近DMC市场，具有明显的区位优势。
曹广安介绍，千吨级尿素与丙二醇合成碳酸丙烯酯技术示范装置是在晋煤恒盛化工股份有限公司新厂区内新建的，自2012年5月开始设计、设备制造、土建、安装等，至12月初完成装置的全部建设。到12月20日，完成装置的试压和吹扫、水联动试车任务。2013年1月份开始制备催化剂。2月份开始做间歇试验，3月份开始做连续试验，持续运行到5月底。
据测算，每生产1吨碳酸丙烯酯，需消耗尿素0.64吨、丙二醇0.76吨、蒸汽2.5吨，可回收氨0.35吨，碳酸丙烯酯的生产成本约7600元/吨左右。
以3万吨/年规模的尿素二步法合成碳酸二甲酯测算，建设投资约为1.25亿元。碳酸二甲酯的生产成本约4200元/吨，比传统的酯交换法综合成本每吨降低数百元以上，是相当具有市场竞争力的。据了解，目前我国共有10多家DMC生产企业，年产能达到90多万吨，市场容量约为40万-50万吨。
据方云进介绍，该中试技术知识产权是由华东理工大学和江苏晋煤恒盛化工股份有限公司共享，目前已经申请了2项专利。
晋煤恒盛化工股份有限公司已经开始着手进行3万吨尿素二步法合成DMC工业化装置的可研工作，待可研报告、环评及其它相关材料通过评审后，即可建设工业化生产装置。
一旦3万吨级的工业化生产装置开车成功后，每年可消耗甲醇2.04万吨、1.92万吨尿素、CO2 1.8万吨（CO2和氨合成尿素），不仅具有明显的节能减排效益，可为我国目前产能严重过剩的尿素、甲醇行业开辟出一条新出路，也能为传统的酯交换DMC工艺装置改造提供技术支撑，开拓出CO2再利用的新途径，为更加绿色、经济、环保的DMC产业提供发展新思路。
该中试装置经过半年多的试运行，在间歇反应中，尿素单程转化率达到100%，碳酸丙烯酯收率达90%-91%。在连续反应中，尿素转化率达到100%，碳酸丙烯酯收率为92%-95%。从而，验证了尿素与丙二醇合成碳酸丙烯酯工艺的可行性。
由于第二步甲醇与碳酸丙烯酯进行酯交换反应制备DMC工艺，华东理工大学和国内数家科研单位与企业，已经拥有比较先进和成熟的工业化技术，单套生产装置最大产能已经达到5万吨/年。因此，该项中试技术开发与工业化试验获得成功，开辟了我国DMC制备的新工艺，并为国内已经严重过剩的尿素、甲醇产能开拓出了新出路。
该项目负责人、华东理工大学方云进教授告诉记者，尿素二步法合成碳酸二甲酯技术主要是以尿素和传统酯交换法DMC工艺中的副产物——丙二醇为原料，首先合成中间体——碳酸丙烯酯，碳酸丙烯酯再与甲醇酯交换反应合成碳酸二甲酯，副产的丙二醇再返回去与尿素继续合成碳酸丙烯酯。合成DMC的真正原料其实是尿素和甲醇。
方云进教授介绍，该工艺与传统的酯交换法制备DMC路线相比，具有三大特点：一是解决了传统酯交换制备DMC工艺中副产物丙二醇出路问题，因为目前国内酯交换产生的丙二醇已大量过剩，丙二醇的销售好坏直接影响碳酸二甲酯装置的经济性。二是采用了国内过剩的价廉而且价格相对稳定的尿素为资源，产业化成本大大降低。三是嫁接了成熟的酯交换生产技术，使得尿素二步法合成碳酸二甲酯技术相对尿素一步法醇解技术更易工业化放大。
方云进说，尿素一步法（或称作尿素醇解法）制备DMC具有工艺路线较短、原料便宜的优点，但反应条件苛刻，DMC的收率较低。高活性和长寿命的催化剂制备最关键，目前尚没有取得突破；工程问题也比较多，投资较高，目前还未见有大规模工业化成功的报道。
目前，我国几乎所有的DMC生产装置均采用酯交换法，此项工艺技术成熟、可靠，年生产能力已经达到90多万吨。但该工艺主要以环氧丙烷为原料，价格较贵，受石油价格波动的影响较大。另一个关键问题是其副产的丙二醇产量太大（约70多万吨/年），产量远远大于需求量，其价值抵消不了环氧丙烷的原料价格，降低了碳酸二甲酯装置的经济性，严重制约了此行业的发展。
尿素二步法合成条件温和，过程易于操作，反应原料廉价易得，尿素的转化率和产物的收率都很高，其汲取了尿素一步法的原料路线优势和酯交换法工艺成熟的优点，酯交换联产的丙二醇直接循环使用，产生的氨气可以回收利用，并且不受石油行业的限制，经济效益显着，具有很强的竞争力。
晋煤恒盛化工股份有限公司副总经理、总工程师曹广安告诉记者，恒盛化工拥有近100万吨/年尿素和50万吨/年甲醇的生产能力，公用工程配套齐全，且公司地处我国华东，靠近DMC市场，具有明显的区位优势。
曹广安介绍，千吨级尿素与丙二醇合成碳酸丙烯酯技术示范装置是在晋煤恒盛化工股份有限公司新厂区内新建的，自2012年5月开始设计、设备制造、土建、安装等，至12月初完成装置的全部建设。到12月20日，完成装置的试压和吹扫、水联动试车任务。2013年1月份开始制备催化剂。2月份开始做间歇试验，3月份开始做连续试验，持续运行到5月底。
据测算，每生产1吨碳酸丙烯酯，需消耗尿素0.64吨、丙二醇0.76吨、蒸汽2.5吨，可回收氨0.35吨，碳酸丙烯酯的生产成本约7600元/吨左右。
以3万吨/年规模的尿素二步法合成碳酸二甲酯测算，建设投资约为1.25亿元。碳酸二甲酯的生产成本约4200元/吨，比传统的酯交换法综合成本每吨降低数百元以上，是相当具有市场竞争力的。据了解，目前我国共有10多家DMC生产企业，年产能达到90多万吨，市场容量约为40万-50万吨。
据方云进介绍，该中试技术知识产权是由华东理工大学和江苏晋煤恒盛化工股份有限公司共享，目前已经申请了2项专利。
晋煤恒盛化工股份有限公司已经开始着手进行3万吨尿素二步法合成DMC工业化装置的可研工作，待可研报告、环评及其它相关材料通过评审后，即可建设工业化生产装置。
一旦3万吨级的工业化生产装置开车成功后，每年可消耗甲醇2.04万吨、1.92万吨尿素、CO2 1.8万吨（CO2和氨合成尿素），不仅具有明显的节能减排效益，可为我国目前产能严重过剩的尿素、甲醇行业开辟出一条新出路，也能为传统的酯交换DMC工艺装置改造提供技术支撑，开拓出CO2再利用的新途径，为更加绿色、经济、环保的DMC产业提供发展新思路。
