甲酸甲酯

5000t/a甲醇脱氢制甲酸甲酯工艺技术
项目建议书
项目名称： 5000t/a甲醇脱氢制甲酸甲酯工艺技术
申报单位：××××××化工有限公司
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申报日期：2013年12月
目录
1、项目提出的背景及意义 (3)
2、产品方案与生产规模 (4)
3、工艺技术方案 (5)
4、经济效益分析 (7)
5、环境保护 (8)
6、劳动安全卫生 (8)
7、消防方案 (9)
8、自控方案 (10)
9、工厂制度和定员 (11)
10、投资估算 (12)
1、项目提出的背景及意义
5000t/a甲醇脱氢制甲酸甲酯工艺技术和装置
甲酸甲酯是一种用途广泛的低沸点溶剂，可直接用作杀虫剂、杀菌剂和用于处理谷物、水果、干果、烟草的熏蒸剂。

常用作医学、农药和有机合成的中间体，醋酸纤维素的溶剂。

目前，工业上主要用作生产二甲基甲酰胺和甲酸的中间产品，近年来甲酸甲酯作为碳一化学的中间体和无毒羰基化试剂，引起各方面关注，对甲酸甲酯的应用研究非常活跃。

我国早期工业上都以甲酸、甲醇酯化法小规模生产甲酸甲酯，工艺落后，消耗大，成本高，且排放含酸污水造成环境污染。

根据国内需求，西南化工研究设计院于1984年着手开展甲醇脱氢制甲酸甲酯及其配套催化剂的研究，1986年完成扩大试验研究，开始在国内推广应用，原计划1987年可实现工业化，后因厂家基建任务推迟，于1990年在江苏武进化肥厂第一套2000t/a工业甲酸甲酯装置投产成功（产品用于生产二甲基甲酰胺），此后相继在黑龙江牡丹江化工五厂、广东开平氮肥厂、辽宁大洼化工总厂及我院内共建立装置⑤套，装置总生产能力约2.2万吨/年。

本项目1993年获化工部科技进步二等奖，专用催化剂1999年获四川省科技进步三等奖。

1988年，日本MGC公司首次在世界上实现该技术的工业化，建成了20 kt/a 的工业化装置。

该公司研制出了良好的Cu基催化剂，反应温度250～300℃，反应压力0.3～0.5 MPa，采用固定床反应器。

甲醇单程转化率达30%～40%，MF选择性达90%以上，目的产物MF的收率达50%，时空收率为3000 g/L•h。

国内西南化工研究院对甲醇脱氢法工艺进行了开发研究，已实现工业化，催化剂为Cu-Zn-Cr系，甲醇单程转化率40%，MF选择性80%～85%，已建成数套2 kt/a 的工业化装置。

2、产品方案与生产规模
1、项目名称
5000t/a甲醇脱氢制甲酸甲酯工艺技术和装置。

2、装置规格和技术指标
2.1 原料规格
甲醇：要求符合国家GB 338－92标准
2.2 产品规格：
（1）甲酸甲酯：纯度97%
水〈0.5%
甲醇～2.5%
（2）副产脱氢尾气：含氢量：～85%
气量： 800～1000Nm3 /t甲酸甲酯
压力：常压
2.3 装置水平：
（1）能保证连续稳定生产纯度97%的甲酸甲酯5000t/a。

（2）每年连续运行7200小时。

（3）采用集中控制系统。

2.4 工艺原理：
甲醇经汽化、过热后，在专用催化剂作用下，进行脱氢反应生成甲酸甲酯，同时付产氢气。

反应方程式如下：
主反应：2CH3OH = HCOOCH3 ＋2H2 －52.56 KJ/mol
副反应：CH3OH = CO ＋2H2 －90.7 KJ/mol
CO＋H2O = CO2＋H2 ＋41.2 KJ/mol
该反应为吸热反应，需外部供热。

生成的甲酸甲酯经冷却、冷凝、吸收、分离、精制后，含量为97%的甲酸甲酯产品，副产尾气送出系统。

2.5 公用工程条件：
1）.冷却水：0.35MPa 28℃300 m3 /h
2）.脱盐水：0.30MPa 25℃0.5 m3 /h
3）.供电：220V/380V 500Kw
4）.蒸汽：0.35MPa 4 t/h
5）.仪表空气：0.60MPa 80 m3 /h
6）.燃料煤（加热导油）： 0.30 t/h
7）.工业纯氮： O
≤0.2% 200 Nm3 /每次（催化剂活化用）
2
8）.氢气：99.5% 800 Nm3 /每次（催化剂活化用）
2.6占地面积：
甲酯主厂房区18×18 m2 （五层框架）
导热油装置区 12×10 m2 （一层平房，层高≥8米）
冷冻站12×10 m2 （一层平房）
主控制室8×5 m2
分析控制室6×5 m 2
（其他管理、卫生、生活、备品、检修用房另设）
3、工艺技术方案
一、技术简介
甲酸甲酯是甲醇下游系列产品之一，主要用作有机合成产品的原料，甲醇羰基化法和甲醇脱氢法是目前生产甲酸甲酯的主要方法，甲醇羰基化法以甲醇钠作为催化剂，甲醇钠非常不稳定，遇水很容易分解，并且此工艺设备腐蚀较为严重，同时此反应为均相反应，产品分离工艺复杂。

甲醇脱氢法分为甲醇直接脱氢法和甲醇氧化脱氢法。

甲醇直接脱氢法由于受热力学平衡的限制，导致甲醇转化率不高，同时反应温度较高，且反应为吸热反应,必须连续稳定向反应器供热，能耗大。

甲醇氧化脱氢法是甲醇原料和空气经预热器预热后进入列管式固定床反应器实现高选择性合成。

所得产物经冷却器冷却后，惰性气体（高氮）回收、循环利用，液体产物进入精馏塔实现水和目标产物的分离，采用普通的精馏工艺后就可获得甲酸甲酯含量>95%的产品。

产品分离成本比甲醇羰基化法低。

工艺核心为高活性、高选择性的催化剂，所用原料为甲醇，含氧气体为掺氮后的空气，氧气在反应中会被消耗掉,驰放气可作为主要惰性气来源循环利用，有利于降低生产成本。

产物水含有机质少酸性小，可直接用作冷却及焦炉煤气冷却、洗涤用水。

此外，该工艺还可以通过现有甲醇羰基化法设备进行改造，降低投资成本。

甲醇氧化脱氢法为甲酸甲酯深加工生产二甲基甲酰胺、双光气，乙二醇、醋酐等产品提供了成本支撑, 甲酸甲酯产品的开发应用将会获得更加广阔的空间。

二、技术特点
◆使用单一原料甲醇、厂址选择不受地域限制
◆操作压力低
◆采用固体催化剂、装置结构简单、容易操作
◆可以利用副产氢的热能优点，比工艺中所需热量多，不需辅助燃料
◆羰基化工艺投资也较脱氢法高，其中CO制备和提纯的设备就要占甲酸
甲酯生产所需设备总投资的80％左右。

◆副产氢可以回收利用
三、生产工艺简介
①甲醇先经过汽化塔汽化、过热器过热到反应温度后，进入脱氢反应器进行脱氢反应。

②反应生成的甲酸甲酯、未反应的甲醇和脱氢尾气一起经冷却、冷凝后，进入甲酸甲酯吸收塔，塔釜含甲酸甲酯和甲醇的粗产品送至产品精馏塔，塔顶得含97%的甲酸甲酯产品，塔釜甲醇返回反应系统重新参与反应。

③由甲酸甲酯吸收塔顶部送出来的尾气，经水洗塔水洗涤后送出系统，塔釜含甲醇的水洗液送入甲醇回收塔回收甲醇，回收的甲醇送回系统作原料。

本工艺用低温甲醇吸收反应物中的甲酸甲酯。

④原料甲醇过热和脱氢反应所需的热量由一套专用的导热油循环供热装置提供。

工艺流程
4、经济效益分析
一、装置运行费用估算
①原料及公用工程消耗（一吨97%甲酸甲酯产品计）
甲醇 99.5% 1.35吨/吨
脱盐水 0.35MPa 1.00吨/吨
冷却水 0.35MPa 500 吨/吨
电 380V/220V 400Kwh/吨
蒸汽 0.35MPa 4.4吨/吨
仪表空气 0.60MPa 150m3 /吨
煤 0.52 吨/吨
回收副产尾气（H2～85%） 800～1000 Nm3 /吨
②成本估算：
依据当前原料甲醇市价2000元/吨计，根据甲酸甲酯单耗进行估算，预计每吨产品车间成本为3800～4150元/吨。

本车间副产含85%的氢气，可回收至用于合成甲醇或合成氨，则甲酸甲酯吨成本可下降600~800元。

装置投资年产5000吨甲酸甲酯装置约700万元，厂房建设及土地购置费约1000万元。

③操作人员配备：
本装置操作岗位设为主控、现场、冷冻站、导热油、分析五个岗位另加三名维修人员及适当管理人员，全车间配备25人左右，每人年薪5万，共计125万。

④利润计算：
目前市场甲酸甲酯9500元/吨，每年生产5000吨，共获利4750万元，减去每吨产品车间生产成本3000×5000=1500万元；年利润为4700-1500-125-1000-700=1375万元。

5、环境保护
废水：该项目机泵采用先进的屏蔽泵，用工艺介质冷却，因而没有冷却水，工艺过程也不产生废水，因而该项目没有废水。

废气：该项目基本不产生废气，只有加热炉产生少量烟气，由于燃料为装置自身生产的超低硫（总硫20PPm以下）干气，因而烟气完全能达到排放要求。

废渣：装置产生少量废催化剂，该项目催化剂全程寿命为3年，5000吨/年装置，催化剂用量为50吨，平均每年产生17吨废催化剂，该催化剂为分子筛，主要成分为二氧化硅和氧化铝，不含其他有害物质，可以送给水泥厂作原料。

噪声：主要是由压缩机、加热炉、泵机等产生，声级值在65～85dB（A）左右，机泵采用先进的屏蔽泵，加热炉采用先进的燃烧器，可大幅度降低噪声，压缩机采取隔声可减轻噪声对外界的影响。

综上所述该项目为绿色环保项目。

6、劳动安全卫生
6.1生产过程中主要危害因素分析
本项目主要原料为甲醇和一氧化碳，工艺生产过程在一定的温度和压力下进行，存在产生燃爆事故的可能，危害人身安全；又因生产过程中设备及管道连接
多而且复杂，有工艺物料泄露的可能，因而存在中毒事故的可能性。

6.2安全卫生防范措施
安全卫生设计要贯彻“安全第一，预防为主，综合治理”的方针。

安全卫生设施必须执行与主体工程同时设计、同时施工、同时投产的“三同时”原则，以保证生产安全，提高生产水平，促进企业生产发展。

（1）有毒有害物的防范措施
在满足工艺条件的前提下，对可能产生泄露的设备、管道，尽量敞开布置。

为防止厂房内有毒有害物的积累，厂内设计可靠的通风系统或设置有毒气体报警器。

（2）化学腐蚀防范措施
对与腐蚀性物料直接接触的设备、管道、阀门选用合适的耐腐蚀材料制作，电机及仪表选型应考虑防腐，建筑物设计采用耐腐蚀的建筑材料。

（3）静电、雷电防范措施
生产装置在防爆区域内设计静电接地。

具有火灾爆炸危害场所以及静电危害人身安全的作业区，金属用具等均设接地。

有火灾爆炸危险的化工装置，电气设备防雷装置。

（4）化学灼伤防范措施
化学灼伤危害作业区尽量采用机械化、自动化，并安装必要的信号报警、安全连锁和保险装置。

工作人员配备必要的个人防护用品。

(5) 火灾、爆炸防范措施
装置内的设备、管道、建构筑物之间保持一定防火间距。

有火灾爆炸危险的建构筑物的结构形式以及选用材料应符合防火防爆要求；具有火灾爆炸危险的生产装置设计安全阀、爆破板、水封、阻火器等防爆阻火设施以及防静电接地系统，并安装火灾报警设施。

7 消防设施
7.1 厂区配备室外消火栓。

7.2 配电室、污水提升泵站内设干粉灭火器。

档案室、资料室等配有灭火器。

7.3 厂区内道路布置消防通道,消防车辆出入方便
7.4 火灾报警系统
对拟建项目设置火灾报警系统，当发现火灾异常现象是自动报警系统启动，警告人们火源的位置。

7.5 灭火系统
为了减少火灾造成的损失，有各种类型的灭火剂，如：水、泡沫、惰性气体、卤代烷烃、化学干粉和固体物质等。

7.6 消防水源的建立
对拟建项目的给水系统设计时，要考虑到消防用水量及水压，根据装置大小、高度及灭火能力，选择合适的消防水池，保证30分钟的用水量。

发生火灾时正确选用灭火方法、灭火剂，以及有效地组织灭火，是十分重要的。

8、自动化控制
根据本项目特点，自动控制应以集中监视、控制为主，采用以计算机为基础的DCS集散控制系统，完成生产过程的数据采集、过程控制、安全报警、连锁保护等功能。

对于必须有操作人员现场监视的岗位，可以采取就地岗位集中监控的控制方式，同时将重要工艺参数送至装置控制室，进行集中监视。

自动控制设计具备以下基本功能：
(1) 生产过程工艺参数的集中监视
(2) 工艺参数的自动控制
(3) 过程参数超限报警
(4) 重要环节的连锁保护
(5) 中央调度室设有与工厂管理网络连接接口，最终实现管、控、营销一体化。

集中监控可采用区域集中监控和全厂集中监控方案：
根据工艺装置的功能和区域分布状况，每个区域设置操作控制室。

根据装置特点和控制要求，每个控制区域分别采用不同的控制系统，将控制站和操作站均放置在区域控制室内，对本区域内的生产装置进行监控。

此外，全厂还设置中央调度室，通过计算机网络将各区域控制室的控制系统
连接起来，将各区域控制室的重要信息送至中心调度室。

在中心调度室可以对全厂生产装置进行监视和调度。

各装置控制室可以通过通讯网络调用其它装置控制室的信息，实现信息资源共享和全厂一体化管理。

同时，通过中央调度室的上位计算机，可以实现全厂优化控制。

9 工厂制度和定员
9.1 工厂运行方式
装置生产按每年8000小时设计。

本装置为连续生产装置，生产系统等相关系统实行四班三运转作业制度，其它实行一班制。

9.2 定员
9.2.1 管理机构定员
表4 厂部管理机构定员表
一般可以依托原来的机构，如果原来没有机构，可以按照表4设置。

9.2.2 生产装置定员
本项目的生产装置为24小时连续运转。

根据生产装置运行特点的不同，将生产班制划分为：生产管理部门实行白班制；连续生产的倒班岗位实行四班三运转。

生产装置的人员设置见下表。

表5 生产装置定员表
10 投资估算
1、装置界区内投资估算，人员配置及占地面积
5000t/a甲酸甲酯(甲醇脱氢工艺)装置，投资估算为：618.8万元。

（1）制甲酸甲酯工段多数为碳钢设备，因而投资不大
（2）人员配置：本装置操作岗位设立主控、冷冻站及导热油、分析三个岗位，另加维修人员及管理人员，编制按36人计。

（3）占地面积
甲酯主厂房区18×18 m2 （五层框架）
导热油装置区 12×10 m2 （一层平房，层高≥8米）
冷冻站12×10 m2 （一层平房）
主控制室8×5 m2
分析控制室6×5 m 2
（其他管理、卫生、生活、备品、检修用房另设）
综合投资列表
装置投资年产5000吨甲酸甲酯装置约700万元，厂房建设及土地购置费约1000万元。

本装置操作岗位设为主控、现场、冷冻站、导热油、分析五个岗位另加三名维修人员及适当管理人员，全车间配备36人左右，每人年薪5万，共计180万。

目前市场甲酸甲酯9500元/吨，每年生产5000吨，共获利4750万元，减去每吨产品车间生产成本3000×5000=1500万元；年利润为4700-1500-180-1000-1530=490万元。

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