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尿素醇解法:合成DMC绿色途径

    以尿素和甲醇为原料合成碳酸二甲酯(DMC),不但大幅度降低了生产成本,整个生产过程基本无“三废”产生,而且为尿素行业的产品多元化和经济性提升提供了新思路。由中国科学院山西煤炭化学研究所成功开发的尿素醇解法合成碳酸二甲酯绿色工艺一举实现了多方共赢。目前,该所已经与内蒙古某企业完成技术转让,2万吨级尿素醇解法碳酸二甲酯生产线正在建设中。
    据悉,中科院山西煤化所早在2000年就提出了由尿素和甲醇直接合成DMC的新方法。之后,在国家科技支撑计划“清洁生产与循环经济的关键技术与示范研究”、中国科学院常识创新工程重要方向项目“非光气路线合成MDI的产业化关键技术”以及各大企业的支撑下,课题组经过多年努力,解决了催化剂稳定运转、物料分离、设备堵塞等关键性问题,目前已经完成了千吨级工业化中试试验,催化剂实现了稳定运转,尿素转化率达100%,碳酸二甲酯的单程收率在60%以上,工艺达到国际领先水平。而且,反应后的副产品氨气还可再用于尿素生产,整个过程基本无“三废”产生。
    因为毒性低、使用安全方便以及易运输等特点,碳酸二甲酯在1992年就被欧洲列为无毒产品,是一种符合现代清洁工艺要求的环保型化工原料。碳酸二甲酯分子中含有羰基、甲基和甲氧基等官能团,具备多种反应活性,可取代剧毒的光气作为羰基化剂、代替硫酸二甲酯作甲基化剂等,用于医药、农药及溶剂等领域。碳酸二甲酯因具有较高的含氧量(含氧量53%,是MTBE的3倍)和适当的蒸汽压、抗水性和混合分配系数,是理想的油品添加剂。此外,碳酸二甲酯还可用作清洁油品添加剂以及锂离子电池电解液,市场潜在需求巨大。
    该项目负责人先容说,碳酸二甲酯的大规模生产是伴随着聚碳酸酯的非光气合成工艺而发展起来的。我国碳酸二甲酯产品开发始于上个世纪80年代初期,早期生产均采用国内自行研制开发的光气法,选择在已有光气生产企业内建设生产线,单套装置规模在300~500吨/年,国内总生产能力在1000~1500吨/年。他说:“光气法逐步被淘汰后,工业合成方法主要有酯交换法、二氧化碳直接合成法、甲醇氧化羰基化法,但生产成本普遍较高,都在6000元/吨以上,限制了碳酸二甲酯的大规模应用。”目前,碳酸二甲酯市场消费的51%用于合成聚碳酸酯,少数用于医药、农药和溶剂行业。受生产成本影响,碳酸二甲酯作为油品添加剂还未能得到广泛使用。
    该负责人强调:“建同等规模的碳酸二甲酯生产装置,采用尿素醇解法的投资是目前氧化羰基化技术的1/3,是酯交换技术的1/2,碳酸二甲酯的生产成本也有望降低到4000元/吨以内,具有较好的经济效益。如果生产成本降低,碳酸二甲酯的潜在市场需求将大幅增加。碳酸二甲酯在汽油中添加质量比5%、柴油中添加质量比10%时热效率最好,按此计算,仅碳酸二甲酯作为油品添加剂的潜在年需求量就在千万吨以上。”
    此外,当前我国尿素、甲醇和合成氨行业均出现产能过剩,尤其我国尿素的主要消费领域是农业,受季节影响较大,需求不稳定。尿素醇解法合成碳酸二甲酯技术的开发成功,还将有助于推动我国尿素行业产品多元化,提升行业经济性,缓解产能过剩压力。
    目前,中国科学院山西煤化所在该领域已成功申请了7项国家发明专利和3项国际发明专利。未来,该所在推进尿素醇解法合成碳酸二甲酯技术工业化的同时,将着重加强新一代高效催化剂的开发研究,完善工艺过程的高效节能优化设计。(中化新网)

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