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1、 . . . . . . . 本科毕业论文本科毕业论文 开题报告开题报告 化学工程与工艺化学工程与工艺 年产年产 1010 万吨二甲醚装置设计万吨二甲醚装置设计 一、综述本课题国外研究动态，说明选题的依据和意义 二甲醚又称甲醚、木醚氧、二甲，是最简单的脂肪醚重要的甲醇下游产品 之一。二甲醚的理化性质比较独特，热植高，无毒、无害，具有潜在的广泛用 途，除作为有机化工原料广泛用于制药、染料、农药等，还用于替代氟里昂用 作汽溶胶喷射剂和制冷剂，由于其良好的燃料性能，具有实用、通用、环保、 安全、质优价廉的优点，最近作为民用代用燃料和柴油代用燃料，二甲醚受到 人民的日益重视。 20 世纪 70 年代，
2、二甲醚开始被用作气雾剂，以取代破坏臭氧层的氟里昂。 近几年来，在各国寻求清洁燃料的过程中，二甲醚的良好燃烧性能和低污染排 放的特性使其日益受到重视。二甲醚作为清洁燃料具备如下特征：（1）资源量 丰富，来源广；（2）环境友好，其排放物对环境的影响很小；（3）技术可行、 成熟，可在大围使用；（4）经济可行，其成本有竞争力；（5）易于实现，其 运行所需要的基础设施和现有基础设施基本相容，不需要另装一套装置。 根据国研究表明，在柴油中添加 10的二甲醚可以改变柴油的性能。交通 大学已经研制出使用二甲醚的柴油样车。目前全国柴油的年耗量约为 80Mt，如 按上述比例添加二甲醚，用量十分可观。用二甲醚作家庭
3、燃料，是远离天然气 管道和炼厂城镇居民的理想燃料。在产煤大区附近，用坑口煤气化、地下煤气 化、煤层气等产生的合成气生产二甲醚，装瓶代替液化气，比液化气还优越。 在天然气管道附近，用转化法得到合成气生产二甲醚，可以形成强大的乙烯及 其后加工工业。在海外气田，天然气制成二甲醚后运回国，比天然气液化方便 得多。 作为一种新兴的基本化工原料，由于其良好的易压缩、冷凝、汽化特性， 使得二甲醚在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。如高纯度的 . . . . . . . 二甲醚可代替氟里昂用作气溶胶喷射剂和致冷剂，减少对大气环境的污染和臭 氧层的破坏。由于其良好的水溶性、油溶性，使得其应用围大大优
4、于丙烷、丁 烷等石油化学品。代替甲醇用作甲醛生产的新原料，可以明显降低甲醛生产成 本，在大型甲醛装置中更显示出其优越性。作为民用燃料气其储运、燃烧安全 性，预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均优于石油液化气，可作为城市管 道煤气的调峰气、液化气掺混气。也是柴油发动机的理想燃料，与甲醇燃料汽 车相比，不存在汽车冷启动问题。它还是未来制取低碳烯烃的主要原料之一。 二甲醚作为新型能源，总体来看具有非常广阔的发展前景。主要可以从其 三方面的用途来分析和预测二甲醚的市场前景： 一、从工业方面来看，二甲醚主要应用于轻工、制药、燃料、农药等工业，如 替代乙炔作为切割燃料，用于气雾推进剂、有机溶剂、制冷剂、烷
5、基化剂等。 而目前我国烯烃产品长期短缺，聚乙烯 2006 年至 2010 年年均需求增长率为 5.9%，预计到 2010 年，需求量将达到 1454 万吨；我国聚丙烯 2006 年至 2010 年期间年均需求增长率为 7.2%，预计到 2010 年，需求量将达到 1260 万吨，二 甲醚作为烯烃产品的上游原料，其潜在市场不可小视。 从民用燃料方面来看，中国有巨大的石油液化气市场，二甲醚的价格优势 比较明显。与液化石油气相比，二甲醚每吨能便宜七八百元，应用前景非常广 阔。2008 年 1 月建设部通过城镇燃气用二甲醚标准，指定二甲醚混掺标准 为 20%。据统计，近年来我国人均液化石油气消费量较前
6、两年有较大提高， 2007 年我国液化气年需用量为 2160 吨，预计到 2010 年约为 2800 吨，按 20%的 混掺比 2010 年二甲醚替代量为 560 万吨。2007 年我国液化气的进口量为 600 万吨，由于中国陆上大型 LPG 冷冻库陆续建成投产，预计未来一段时间 LPG 进 口量将持续大幅增长。仅取代进口 LPG 一项，2010 年需 950 万吨。 从车用燃料方面来看，二甲醚的价格是诸多新能源中最低的，目前二甲 醚市场价格：99%精二甲醚在 48006200 元/吨，08 年 6 月 20 日燃油调价后， 液化石油气价格在 5500-7000 元/吨，柴油平均价格为 700
7、0-7600 元/吨，基本 上二甲醚价格平均比柴油低 300-1000 元/吨，比液化气低 800-1500 元/吨。相 对于液化气、天然气、乙醇等车用替代燃料，二甲醚有着不可比拟的综合优势。 预计 2010 年国柴油消费量将达到 14000 万吨。按照二甲醚对柴油替代率 3%计 . . . . . . . 算，2020 年我国车用市场约需二甲醚 1330 万吨。目前等地已经出现了二甲醚 公交车，并建有二甲醚加气站。 具有关部门保守预测，中国 2008 年二甲醚的总需求量为 120 万吨，到 2010 年二甲醚的总需求量为 500 万吨，2020 年将达到 2000 万吨。 总体来看，二甲醚具
8、有广泛的用途，较低的价格，从而将具有良好的市 场前景。特别是随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，很多精细化工产 品的快速发展，二甲醚将具有越来越大的市场前景。 二、研究的基本容，拟解决的主要问题： 1.工艺条件确定及催化剂选择。 2.二甲醚生产装置各反应器及其附属设备的计算与选型，根据工艺流程逐 步设计各反应器，参考化工原理课程设计以及相关文献进行设计。 3.绘制二甲醚工艺流程图。 4.根据设计参数绘制精馏塔装配图。 三、研究步骤、方法及措施： 1.通过查找资料，分析资料确定选题围及论文题目。 2.通过指导老师指导，结合调研和资料整理分析、撰写开题报告、外文翻 译和文献综述。 3.根据设计
9、要求进行计算。完成论文初稿。 4.根据论文初稿，收集的资料，修改成稿。 四、参考文献 1 立新,徐红燕.二甲醚生产技术及应用前景,化工进展2003,22(2):204- 206. 2 世勤,凤水.二甲醚生产技术(上),化工2000,25(22),24-26. 3 宋怀俊,海涛,应卫勇,房鼎业. 二甲醚-甲醇-水三元体系汽液平衡的测定 与计算J.工学报,2006,(8). 4 志坚,廖建军,谭经品,等.甲醇脱水生成二甲醚的沸石催化剂J.石油化工, 1999,28(4):236-239. 5 逄进马亮.二甲醚的制造及其燃烧应用J.煤气与热力,2002,22(3):235- . . . . . .
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12、文献综述 化学工程与工艺化学工程与工艺 年产年产 1010 万吨二甲醚工艺设计万吨二甲醚工艺设计 一、前言一、前言 近几年来，随着二甲醚（DME）建设热潮的兴起，在我国二甲醚工艺技术有了进一步发 展，也达到国际先进水平。从技术上来讲，国外二甲醚技术并没有明显优势。在我国早期 的二甲醚工业生产都采用甲醇经硫酸脱水制成。因为该方法腐蚀严重，环境污染大而被逐 渐淘汰。现国制取二甲醚主要采用甲醇气相催化脱水工艺， 又称为两步法。这种生产工艺 腐蚀小，无污染，但要先获得甲醇，而后才能制得二甲醚，所以此法生产二甲醚投资大、 能耗高、成本高，产品价格直接受甲醇市场影响，抗风险能力差。一步法制二甲醚工艺是 由
13、气体直接通过催化剂床层合成，是一氧化碳与氢通过双效催化反应而制得。一步法与两 步法相比，虽具有明显的经济效益，由于该工艺反应中会发生类似于合成氨厂的变换反应， 产生二氧化碳，不仅需要增加脱碳设备的投资，而且增加了原料消耗，成本较高。现有的 二甲醚技术虽然已取得成功， 不过仍不完善。目前二甲醚的生产方法有一步法和二步法。 从理论上说，一步法与甲醇脱水二步法相比，具有工艺过程简短、合成气转化率高等优点， 但催化剂寿命较短，设备复杂，产物分离难度大，能耗高，还不够成熟，国外尚无规模较 大的生产装置。目前国外公布的大型二甲醚建设项目绝大多数采用二步法工艺技术，说明 该法有较强的综合竞争力。(文献126
14、) 通过两步法是先合成甲醇，然后甲醇在催化剂作用下脱水生产二甲醚，又可分为液相 法和气相法。液相法早期采用浓硫酸为脱水剂， 反应温度较低（130160），甲醇单程 转化率高，可达80%以上。但对设备腐蚀性极强，中间产物硫酸氰甲酯剧毒，排放存在稀酸 污染。国新上装置已改用硫磷混合酸催化剂，情况有所改善。气相法是在氧化铝或分子筛 催化剂的作用下，使甲醇在气固相催化反应器中脱水生成二甲醚。甲醇转化率在75%85%， 二甲醚选择性大于99%，工艺成熟简单，对设备材质无特殊要求，基本上无三废及腐蚀问题， 装置易于大型化，是目前国外生产二甲醚的主要方法。在国外均已成功研究出成熟的两步 法二甲醚生产技术并工
15、业化。国际上以德国鲁奇公司的技术具有代表性，目前单套装置规 模已达到100万吨/年以上。国技术以西南化工研究院的自主开发技术为代表。(文献4) 目前在我国虽然已掌握二甲醚生产技术， 并建成多套生产装置， 但当前在我国建立 . . . . . . . 以二甲醚为中心的能源系统，所面临的最大挑战仍是开发高效、低耗、环保的二甲醚生产 技术。 西南化工研究院从1985 年开始进行两步法合成二甲醚的技术研究。1991 年，该院100 吨/ 年甲醇气相脱水制二甲醚中试研究项目被原国家科委列为八五攻关项目，该项目1997 年通过原国家科委组织的验收。从1994 年采用该技术建成第一套1 万吨/年工业化装置投 产，到2006 年6 月，该技术在国已转让20 余套。目前，该技术经不断完善已达到国际先 进水平，主要特点有：一是反应器采用多段激冷式固定床（专利技术）。既避免了绝热式 固定床反应器温升太高造成副反应增加、甲醇单程转化率偏低的缺点， 又克服了换热式固 定床和等温管式固定床反
