追求工艺和产品的最大价值
中科远东合成气制乙二醇技术
2016-09-05

   中科远东合成气制乙二醇技术以宁波金远东石化工程技术有限公司、中国成达工程有限公司、山东华鲁恒升化工股份有限公司、中国科学院宁波材料技术与工程研究所为联合体,全权授予宁波中科远东催化工程技术有限公司进行商业化推广,可为您提供乙二醇工艺包、工程设计、员工技能培训及开车服务。

一、技术概况

(一)发展历程

      宁波中科远东催化工程技术有限公司自2007年开始进行一氧化碳催化偶联合成草酸酯及草酸酯加氢制乙二醇的研究工作。2011年宁波中科远东催化工程技术有限公司与中科院宁波材料所共同组建工程技术研究中心,在中科院宁波材料所新建科学试验及研发基地,由项裕桥、尹宏峰等16位科研人员组成核心技术团队,其中博士7位,硕士9位。中心主要从事合成气制乙二醇工艺的研究开发。

       历经八年的持续研究,在催化剂的研究开发、反应工程及机理研究、工艺过程研究、完整物性数据库的建立、物系分离系统研究等方面开展了详尽而又完善的实验工作,形成了CO合成草酸酯、草酸酯加氢等多项核心关键技术,包括:完善的物性数据库;酯化-羰化稳态封闭自循环关键技术;亚硝酸甲酯、一氧化碳及一氧化氮回收循环利用关键技术;草酸酯合成反应器及其工艺;草酸酯合成、加氢催化剂制备关键技术。

       先后完成10吨/年的合成草酸酯及草酸酯加氢的模试研究,300吨/年合成草酸二甲酯及草酸二甲酯加氢的中试工作,并完成了万吨级CO偶联合成草酸酯、草酸酯加氢的工艺软件包。

      工程技术研究中心投入巨资购买了国内外最先进的测试、评价、试验等装置平台,针对合成气制乙二醇关键技术、草酸二甲酯合成;酯化再生、草酸二甲酯加氢、乙二醇精制等主要工序开展系统性的技术攻关。

       2014年4月至2015年5月,中科远东催化工程技术有限公司和中科院宁波材料所对华鲁恒升原有5万吨/年乙二醇装置进行工艺和催化剂改造。2015年6月至今,装置高负荷连续、稳定、安全运行,产品质量优等品率达95%以上,生产成本低位运行,在市场低迷的情况下取得不菲的效益。改造后与原装置相比,乙二醇生产技术取得重大突破。

(二)市场转让业绩

(1)山东华鲁恒升5万吨/年乙二醇技改项目;

(2)山东32万吨/年乙二醇项目;

(3)新疆120万吨/年乙二醇项目;

(4)山西30万吨/年乙二醇项目;

(5)山东50万吨/年乙二醇项目。

二、工艺概况

(一)工艺描述

采用合成气间接合成乙二醇工艺是一种技术性和经济性较好的工艺路线。本乙二醇合成技术以符合要求的氢气、一氧化碳、氧气和氮气为原料,采用间接法生产聚酯级乙二醇。其中涉及到的主要反应包括:亚硝酸钠生成氮氧化物,硝酸还原反应;氮氧化物与氧气、甲醇反应合成亚硝酸甲酯(MN);亚硝酸甲酯(MN)与一氧化碳气相合成草酸二甲酯(DMO);草酸二甲酯气相加氢合成乙二醇(EG)。其中,开车时NO采用亚硝酸钠与硝酸反应制备,正常生产时NO补充采用硝酸还原工艺。以下为主要反应方程式:

(1)NO制备反应

3NaNO2+2HNO3  2NO+3NaNO3+H2O(开车)

2NO+3CH3OH+HNO3 3CH3ONO(MN)+2H2O(正常补充)

(2)酯化反应

4NO+O2+4CH3OH 4CH3ONO(MN)+2H2O

(3)羰基化反应

2CH3ONO+2CO CH3OOCCOOCH3(DMO)+2NO

(4)加氢反应

CH3OOCCOOCH3+2H2 CH3OOCCH2OH(MG)+CH3OH

CH3OOCCH2OH+2H2  HOCH2CH2OH(EG)+CH3OH

(5)总反应方程式

2CO+1/2O2+4H2HOCH2CH2OH(EG)+H2O

(二)技术特点

中科远东合成气制乙二醇技术与其他乙二醇技术相比,在以下方面具有优势和特点。

(1)酯化反应安全可靠

1、针对酯化反应的复杂性,在吸取了同类装置事故教训的基础上,设计采用了特殊结构的分布器,消除了安全隐患。酯化反应采用气液并流式填料塔。在塔高不变的情况下,增加了旋转涡流内件,提高了反应效率,节约了投资;采用并流形式,液气比要求小,操作弹性大,系统阻力降小,有利于循环压缩机的正常操作,改善了压缩机的喘振区间。

2、采用硝酸还原技术,降低了原料消耗,变废为宝,减小了后序废水处理的负荷,原理:

3NaNO2+2HNO3 2NO+3NaNO3+H2O(开车)

3、设置了合理的热回收系统,充分利用合成反应热,提高了原料的综合利用率,取得了明显的经济效益。

4、酯化单元中产生的水分,会对偶联合成催化剂产生负面影响,在进入合成塔前必须干燥除水。国内同类装置一般采用的的是分子筛吸附除水,其缺点是:系统阻力大,流程长、增加动力消耗;虽然实现自动化,故障率高,切换频繁;投资大,20万吨装置投资大约2000万元;危险系数大,在分子筛吸附水分的同时,也吸收了MN气体,在再生过程中极易造成MN局部富集,形成爆炸混合气体。

中科远东合成气制乙二醇技术采用了具有自主知识产权的除水去杂装置,利用专有吸附液,通过塔式喷淋吸附净化单元,有效的解决了酯化工序中产生的水分,保护了偶联合成催化剂,延长了寿命周期。

(2)羰化、加氢

1、中科远东乙二醇技术在传统反应器的基础上开发了高效复合型反应器,规避了固定床列管反应器传热效果差,容易飞温的致命缺陷。该反应器特点:管板间热水侧折流挡板采用环状纺锤型设计,优化了热水的挠动形式,提高了传热效率;提高了催化剂的利用率,减少浪费。

2、充分利用偶联合成反应热,合成原料气进反应器前反应无需外加蒸汽,降低了装置的蒸汽消耗。

3、DMO加氢单元中,中科远东乙二醇技术采用大型合成塔,氢气循环量大大减少,降低了氢气压缩能耗。

(3)精馏

目前精馏塔常规设计为塔中心流速快,渐塔壁流速慢,针对此现场,宁波远东采用独有技术,利用不均匀开孔,使精馏塔内中心流速慢,渐塔壁流速快,增强塔内传质效果,降低能耗,节省投资。

(三)主要工艺包参数表

参数

设计保证值

期望值

草酸二甲酯合成催化剂选择性,%

98

98.5~99.5

草酸二甲酯合成催化剂时空产率,kgDMO/m3cat·h

600

600~800

乙二醇合成催化剂转化率,%

99

99.9

乙二醇合成催化剂选择性,%

98

98~99

乙二醇合成催化剂时空产率,kgEG/m3cat·h

250

300

一氧化碳消耗量,Nm3/t EG

792

757

氢气消耗量,Nm3/t EG

1565

1560

氧气消耗量,Nm3/t EG

192

190

甲醇消耗量,kg/t EG

30

20

硝酸消耗量,kg/t EG

15

≤10

蒸汽消耗量,kg/t EG(不含压缩机消耗)

6

4

电,kWh/t  EG(不含压缩机消耗)

100

50

循环水,t/t EG

700

500

(四)催化剂消耗参数(以年产32万吨规模为例)

草酸二甲酯合成催化剂用量,m3

100

乙二醇合成催化剂用量,m3

160

草酸二甲酯合成催化剂使用寿命,年

≥2

乙二醇合成催化剂用量,年

≥1.5

乙二醇催化剂费用,元/吨

150

三、产品概况

       中科远东合成气制乙二醇技术,采用自主研发的独有精制技术,去除了由于合成气制乙二醇路线产生的低级羧酸及酯类杂质,提高了乙二醇产品质量,使乙二醇产品220nm波长的紫外透光率≥95%,产品质量优于石油路线制乙二醇产品质量,且投资省、能耗低。

四、经济效益指标分析(以32万吨/年乙二醇规模为例)

原料为CO和H2,装置包括乙二醇装置和储运装置。CO、H2价格按0.91元/Nm3(含税价格)计,乙二醇价格按5700元/吨(含税价格)计。

序号

项目名称

单位

数量

备注

项目总投资

万元

131562

 

1

建设投资

万元

119126

 

2

建设期利息

万元

5560

 

3

流动资金

万元

6876

 
 

其中:铺底流资金

万元

2063

 

费用与效益

     

1

年均营业收入

万元

195107

 

2

年均总成本费用

万元

111946

 

3

年均利润总额

万元

53447

 

4

单位完全成本

元/吨EG

3522

含税

财务评价指标

%

   

1

总投资收益率

%

41.98

 

2

资本金净利润率

%

101.56

 

3

财务内部收益率

%

38.20

所得税前

4

财务内部收益率

%

31.28

所得税后

5

财务净现值(IC=11%)

万元

234632

所得税前

6

财务净现值(IC=11%)

万元

162477

所得税后

7

投资回收期

5.60

所得税前

8

投资回收期

6.42

所得税后

9

盈亏平衡点

%

29.87%

 

五、专利

名称

专利号/申请号

草酸二甲酯加氢制备乙二醇的催化剂及制备和应用

CN102151568A

用于CO气相合成草酸醋的催化剂及其制备方法

CN102698748A

草酸二甲醋加氢制乙二醇的装置

CN202139179U

CO气相偶联制备草酸醋的装置

CN202671463U

一种合成亚硝酸甲酯的装置

201521145219.7

一种合成乙二醇的装置

201521145220.X

用于草酸二甲酯加氢制备乙二醇的催化剂及其制备方法

201510938746.1

用于CO合成草酸二甲酯的催化剂以及其制备方法及用途

201510946659.0

 

 

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