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    碳酸二甲酯:多点开花春将至

    放大字体  缩小字体 发布日期:2014-02-17  来源:中国化工报  作者:杨扬


    图为陕西省榆林市云化绿能有限公司新建的5万吨DMC装置。 
     

      近年来,全国多地持续不断的雾霾天气和日益严重的环境污染越来越受到社会各界的关注。在寻找和改善油品质量、可替代汽油添加剂的化学品过程中,绿色环保的化学品——碳酸二甲酯(DMC)受到了人们的高度关注。随着传统的酯交换法生产工艺及全系统能量集成利用技术、酯交换法联产乙二醇技术、万吨级尿素醇解法制备DMC等一系列新技术获得突破,国内DMC的生产成本有望大幅度降低,产能将会成倍扩大,规模效应也将进一步显现出来。再加上DMC作为汽柴油添加剂的标准、技术与成本问题相继解决,其下游应用市场有望开闸。

     

     


      绿色经济 工艺技术取得突破


      据中国碳酸酯产业联盟秘书处透露,我国已成为目前全球最大的DMC生产国。统计数据显示,到2014年1月底,全国现有DMC年产能75.2万吨,在建产能8万吨、拟建产能76万吨。预计2015年,全国DMC总产能将达到159.2万吨。


      2013年以来,我国尿素二步法制备DMC技术、尿素醇解法制备DMC新工艺、甲醇氧化羰基化合成DMC新工艺等开发应用获得成功,使主要采用传统的酯交换法工艺、长期受困于环氧丙烷等石油路线的企业和尿素、甲醇等企业看到了希望,从而驱动DMC产业呈现出井喷式发展。


      近期,记者从唐山好誉科技开发有限公司获悉,自去年12月份以来,陕西省榆林市云化绿能有限公司新建5万吨/年装置采用了该公司最新研发的酯交换法全连续生产工艺及全系统能量集成利用技术,并于今年1月投料试车成功,产出合格产品。


      据公司总经理屈强好介绍,这两套装置经过连续1个多月的试车生产表明:应用该公司开发的DMC和1,2-丙二醇连续精馏技术后,产品质量非常稳定。之前国内DMC单套装置最大的规模为5万吨,该技术的突破可以使单套装置规模达到10万吨、甚至几十万吨,为单套大规模装置的建设打下基础。


      另外,榆林市云化绿能有限公司5万吨/年装置也采用了该公司最新研发的工艺路线集成优化技术。其核心是优化工艺、减少精馏塔,将原设计中的精馏塔由8个塔减少到6个塔,从而使DMC生产总能耗降低30%以上。这不仅明显降低了产品成本,有效节省了项目的设备投资和占地面积。同时还解决了国家对新上项目总能耗的限制,从技术与政策上为DMC的发展铺平了道路。


      此外,记者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DMC工艺技术的第一步: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2013年5月份,亚申科技研发中心(上海)有限公司与山东泰丰中科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。


      据了解,该中试装置经过半年多的中试运行,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。


      据项目负责人、华东理工大学方云进教授介绍,与传统的酯交换法制备路线相比,新工艺具有三大特点: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;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。


      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,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DMC测算,建设投资约为1.25亿元。DMC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,是相当具有市场竞争力的。


      据悉,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,目前晋煤恒盛化工已经开始着手进行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、尿素1.92万吨、二氧化碳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,并开拓出二氧化碳再利用的新途径,为更加绿色、经济、环保的DMC产业提供发展新思路。

     


    图为2013第十届碳酸二甲酯研讨会期间,专家正在作报告。
      

      水到渠成 崭新市场亟待开启


      经过研究发现DMC非常适合于辛烷值大于80的催化汽油和重整汽油。由于DMC的含氧量高达53%,在与汽油达到同样氧含量时,体积添加量只有MTBE的40%,就可以获得与MTBE相近的调和效果,同时有害废气排放减少50%以上。因此,在国内DMC具有极大的市场潜力,如果汽油中添加4%,国内年汽油总耗量为8000万吨,DMC的汽油添加剂市场约为320万吨/年。


      由于燃料中的氧在燃烧中能起到自供氧作用,因此,在柴油中添加含氧添加剂可以有效改善柴油机的性能和排放,降低碳烟或颗粒的效果尤其明显。实验证明,DMC的适当添加可以制成无烟柴油,有效减少或消除尾气中颗粒物的排放。如果柴油中添加10%~15%,国内年柴油总耗量为1.5亿吨,DMC的柴油添加剂市场约为1500万吨/年。而目前,国内70万吨的产能远远不能满足需要。


      目前,国内DMC的生产装置主要都是采用传统的酯交换法,以环氧丙烷、二氧化碳和甲醇为主要原料,每年生产1吨DMC,就要联产0.8吨1,2-丙二醇。目前,全国1,2-丙二醇产量可达到56万吨,已经远远超出了国内25万吨的市场容量。


      以目前DMC主要原料环氧丙烷13000元/吨,副产品1,2-丙二醇9000元/吨来计算,每吨DMC副产的1,2-丙二醇价值比使用的原料环氧丙烷价格低1500元,也就是说,环氧丙烷与丙二醇的价格倒挂将使得DMC生产成本增加1500元。


      多年来,由于国内丙二醇受到进口丙二醇、以及多元醇氢解工艺生产的混合二元醇市场的冲击,丙二醇的市场波动较大。随着酯交换法生产能力的进一步增加,副产物丙二醇的产量也将进一步供大于求,过量的丙二醇由于市场容量的限制而无法销售,不仅影响了装置的开工率,也影响了DMC装置的经济性。因此,寻找1,2-丙二醇的出路,已成为打破DMC产业瓶颈的一个突破口。


      据屈强好介绍,目前,我国每年大约纯进口乙二醇700多万吨,但仍然不能满足市场需求。而另一方面,全国每年有大量的环氧乙烷过剩。


      针对这一情况,早在1997年,唐山好誉科技开发有限公司技术人员就开发了酯交换法生产DMC联产乙二醇的5000吨工业化中试技术。该技术的核心是以环氧乙烷、二氧化碳和甲醇为原料,首先以环氧乙烷和二氧化碳为原料生产碳酸乙烯酯;再以碳酸乙烯酯和甲醇为原料进行酯交换反应生产碳酸二甲酯同时联产乙二醇。


      由于以环氧乙烷、二氧化碳和甲醇为原料的酯交换工艺有成熟的工业技术,所以技术风险非常小,该酯交换技术一经采用,必将解决目前DMC企业1,2-丙二醇销售的困境,不仅为DMC生产企业提供了更高的利润空间,同时也是替代目前环氧乙烷水合法生产乙二醇的最佳工艺路线选择。


      另据不愿透露姓名的国内油品添加剂方面的权威专家介绍,早在2010年,国家在制定新的国Ⅴ汽、柴油标准和非石油类添加剂的有关规定时,就考虑将DMC作为油品添加剂。国家有关油品添加剂的技术与标准部门已经做了大量工作,完成了DMC用作汽柴油添加剂的技术问题研究与标准的制定。而国内许多研究单位对此项工作也做过大量深入细致的研究,部分DMC生产企业也进行了添加燃烧实践,均取得了很好的应用效果。所以,DMC用于汽柴油添加剂已经水到渠成。


      随着我国DMC产业近十几年的快速发展,产能已经达到了70万吨/年的规模,同时,产品价格已经从原来的2万元/吨,降到了目前的6000元/吨左右。再加上尿素二步法技术和酯交换法生产DMC联产乙二醇技术工业化开发成功,DMC的吨产品成本有望降低到4200元左右,DMC用作汽柴油添加剂的成本已经有很大优势。


      由此,业届人士认为,DMC用作汽柴油添加剂,不论是从市场、技术,还是成本上都已经成熟,只是欠缺相应的行业或国家标准。建议国家相关部门引起重视,在一定的区域内示范,成功后再向全国推广。

     


    图为上海亚申科技技术人员在现场查看DMC装置运转情况。


      建设提速 行业布局面临巨变


      根据2013年10月31日~11月2日在江苏宜兴举行的2013年(第十届)全国碳酸酯技术开发与产业发展研讨会上透露出的信息,2013年以来,全国DMC行业呈现热火朝天的新建、改扩建的局面,各行业各地区不同所有制的企业,纷纷进入这一领域,使产业布局、规模与原料路线等都发生的巨大变化。


      宁波浙铁大风化工有限公司投资约18亿元,采用唐山好誉科技公司开发的酯交换法DMC工艺,新建4万吨DMC生产装置,并与引进国外技术建设的10万吨/年碳酸二苯酯、10万吨/年非光气法聚碳酸酯相配套,该工程已于2013年10月份建成投入试生产。


      与此同时,亚申科技(上海)开发中心与山东泰丰中科化工有限公司合作,采用自主研发的尿素醇解法工艺技术,利用原有万吨级酯交换法制DMC装置的基础设施和外围框架,主要设备、核心反应器和工段、零配件等均由亚申科技重新设计选型完成进行改造,经过两年多的工艺开发和建设,并于2013年5月打通了全流程。试开车运行表明:转化率与产品选择性等技术指标均达到或超过预期,验证了尿素醇解法制备DMC技术和工艺的可行性,开辟了DMC制备的新工艺,也为目前开工不足的DMC行业发展提供了新思路。


      2013年2月26日,新疆库车县人民政府与浙江荣盛集团有限公司在浙江省宁波市举行隆重签约仪式,双方签订年产180吨乙二醇项目投资协议,此举标志着荣盛集团在库车天然气化工项目正式启动。根据协议,荣盛集团已在库车开工建设年产100万吨醋酸项目;计划投资260亿元,建设年产200万吨PVC项目。计划投资300亿元在库车建设年产180万吨乙二醇主产品和年产11万吨碳酸二甲酯、7.5万吨混合醇酯等副产品。该项目将为乙二醇副产纯度为80%左右的DMC开辟新路径。


      福建泉港恒河化工公司4万吨/年碳酸二甲酯项目,采用企业自有的氧化羰基化法新工艺技术,将泉港当地二氧化碳尾气进行回收提纯后作为原料,替代原有成本较高的化工原料生产碳酸二甲酯。目前,该项目正在加紧建设,竣工投产后可以为DMC生产开辟的新工艺和原料路线。


      此外,与国内现有DMC主要生产企业不同的是,山西襄矿泓通煤化工有限公司总投资35.8亿元计划建设的20万吨/年碳酸二甲酯及10万吨/年丙烯酸项目已获立项批复,正在办理其他相关手续。该项目主要是为襄矿集团100亿安时电力储能电池项目生产提供原料。高效电力储能电池则是国家新能源战略的重要组成部分,广泛应用于风能、太阳能等可再生清洁能源储能系统以及国家智能电网的错峰调节。该项目一旦工业成功,将开辟DMC在储能电池等高端产业上的应用市场。
     

     

     

     
     
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