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1、年产15万吨甲醇合成二甲醚工艺设计 The Process Design of 150kt/a Dimethyl Ether Prepared by Methanol 目 录摘要IAbstractII引 言1第一章 文献综述31.1 二甲醚概况31.1.1 二甲醚的发展状况31.1.2 二甲醚的传统领域的应用及其拓展41.2 国内二甲醚市场简况51.2.1 现状51.2.2 国内市场预测71.3 国外二甲醚市场简况81.3.1 现状81.3.2 国外市场预测101.4 原料说明111.4.1 物理性质111.4.2 化学性质121.5 二甲醚的性质121.5.1 化学性质121.5.2 物理性
2、质131.5.3 DME的毒性13第二章 工艺流程介绍142.1生产方法简述142.1.1 甲醇脱水制二甲醚142.1.2 合成气直接合成二甲醚152.2 工艺流程说明172.2.1 原料甲醇182.2.2 反应182.2.3 合成气冷却182.2.4 二甲醚精馏182.2.5 甲醇塔和二甲醚精馏塔182.3生产工艺特点192.4主要工艺指标192.4.1 二甲醚产品指标192.4.2 催化剂的使用20第三章 塔设备计算及选型213.1 汽化塔及其附属设备的计算选型213.1.1 物料衡算213.1.2 热量衡算233.1.3 理论板数、塔径、填料选择及填料层高度的计算273.1.4 汽化塔附
3、属设备的选型计算323.2 合成塔物料衡算333.3 精馏塔及其附属设备的计算选型333.3.1 物料衡算343.3.2 热量衡算353.3.3 附属设备的选型计算373.3.4 理论塔板数的计算383.3.5 精馏塔主要尺寸的设计计算383.3.6 塔径设计计算403.3.7 填料层高度的计算423.3.8 填料塔液体分布装置433.3.9填料塔壁厚的计算44结 论45致 谢46参考文献47附 录48年产15万吨甲醇合成二甲醚工艺设计摘要：作为LPG和石油类的替代燃料，目前二甲醚(DME)倍受注目。DME是具有与LPG的物理性质相类似的化学品，在燃烧时不会产生破坏环境的气体，能便宜而大量地生
4、产。与甲烷一样，被期望成为21世纪的能源之一。目前生产的二甲醚基本上由甲醇脱水制得，即先合成甲醇，然后经甲醇脱水制成二甲醚。甲醇脱水制二甲醚分为液相法和气相法两种工艺，本设计采用气相法制备二甲醚工艺。将甲醇加热蒸发，甲醇蒸气通过-A12O3催化剂床层,气相甲醇脱水制得二甲醚。通过设计计算得到二甲醚精馏塔的填料层总高是7.8米，精馏段的填料层高度为3.8米，提留段的填料层高度为4.0米。填料塔的塔径为1.0米，塔高为：10.895米。经过精馏得到最终含量为99.9%的二甲醚，达到了预期的目标。关键词：二甲醚；甲醇；工艺设计；精馏 The process design of 150kt/a dim
5、ethyl ether prepared by methanol Abstract: As LPG and oil alternative fuel, DME has drawn attentions at present. Physical properties of DME is similar for LPG, and dont produce combustion gas to damage the environment, so, It can be produced largely. Like methane, DME is expected to become 21st cent
6、ury energy resources. DME is prepared by methanol dehydration, namely, synthetic methanol first and then methanol dehydration to dimethyl ether by methanol dehydration. Methanol dehydration to DME is divided into two kinds of liquid phase and gas-phase process. This design uses a process gas of dime
7、thyl ether prepared by dimethyl. Heating methanol to evaporation, methanol vapor through the -A12O3 catalyst bed, vapor methanol dehydration to dimethyl ether by. Dimethyl ether is obtained by design calculation of rectification tower packing layer is 7.8 meters high,always rectifying packing layer
8、height is 3.8 meters,the stripping section of packing layer height is 4.0 meters.The packed tower diameter is 1.0m. The packed tower height is 10.895 meters. Finally by the distillation of dimethyl ether content reached 99.9%,achieved the desired goal.Key words: dimethyl ether; methanol; process des
9、ign; rectificationII引 言二甲醚又称甲醚、木醚、氧二甲，(Dimethyl Ether，简称 DME)是最简单的脂肪醚重要的甲醇下游产品之一，分子式C2H6O，是乙醇的同分异构体，结构式CH3OCH3，分子量46.07，是一种无色、无毒、无致癌性、腐蚀性小的产品。DME因二甲醚的理化性质比较独特，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，因其燃烧效果好和污染少而被称为“清洁燃料”，最近作为民用代用燃料和柴油代用燃料，引起广泛关注。 （1）替代氯氟烃作气雾剂2320
10、世纪70年代，二甲醚开始被用作气雾剂，以取代破坏臭氧层的氟里昂。（2）用作制冷剂和发泡剂，由于DME的沸点较低，汽化热大，汽化效果好，其冷凝和蒸发特性接近氟氯烃，因此DME作制冷剂非常有前途。国内外正在积极开发它在冰箱、空调、食品保鲜剂等方面的应用，以替代氟里昂。关于DME作发泡剂，国外已相继开发出利用DME作聚苯乙烯、聚氨基甲酸乙酯、热塑聚酯泡沫的发泡剂。发泡后的产品，孔的大小均匀，柔韧性、耐压性、抗裂性等性能都有所增强。（3）用作化工原料 ，DME作为一种重要的化工原料,可合成多种化学品及参与多种化学反应：与SO3反应可制得硫酸二甲酯；与HCl反应可合成烷基卤化物；与苯胺反应可合成N ,
11、N - 二甲基苯胺；与CO反应可羰基合成乙酸甲酯、醋酐，水解后生成乙酸；与合成气在催化剂存在下反应生成乙酸乙烯；氧化羰化制碳酸二甲酯; 与H2S反应制备二甲基硫醚。此外，利用DME还可以合成低烯烃、甲醛和有机硅化合物。（4）用作燃料，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，可在大范围内使用；（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。本设计流程简洁明畅
12、，工艺条件温和，操作简易方便。而且设备台数较少，设备制作立足于国内现状，均能在国内制造而不需进口，可大大降低项目投资。按国家现行基本建设政策和市场价格对本项目进行了财务评价计算。工程总投资估算值14300万元，项目的内部收益率所得税前为13.82%，高于基准收益率12%。其它各项效益指标及盈亏平衡分析结果均表明本项目具有很强的抗风险能力。上述各方面问题的研究结果表明，15 万吨/年二甲醚项目符合国家产业政策和未来能源市场发展方向，市场预测乐观，工艺方案合理，工艺技术成熟可靠，投资估算和财务评价结果也表明项目经济效益明显。本设计包括设计说明书和图纸两部分。说明书主要包括工艺流程的确定，物料衡算，
13、热量衡算，工艺设备的设计及选型等。图纸包括工艺流程图，主设备图等。第一章 文献综述1.1 二甲醚概况1.1.1 二甲醚的发展状况自20世纪70年代，二甲醚开始被用作气雾剂，以取代破坏臭氧的氟利昂。近几年来，在各国寻求清洁车用替代燃料的过程中，二甲醚的良好燃烧性能和低污染排放特性使其日益受到重视。二甲醚（DME）常温常压下是一种无色低毒的可燃性气体，性能与液化石油气相似，燃烧时不析碳，无残液，燃烧废气无毒，是一种理想的清洁燃料。DME还是一种新型的、理想的、可替代车用燃料的“21世纪的绿色燃料”。随着环境污染的日益严重及石油资源的日益匮乏，对二甲醚的需求量迅速增加，因此二甲醚的合成研究已成为各国
14、科技人员的研究焦点。二甲醚是21世纪的超清洁燃料，无论是作为民用燃料、或替代柴油、汽油作为汽车燃料、或是用于发电，其制备、储运等都比较容易解决，并能促进新一代汽车、电力等工业的发展。目前，二甲醚发展的关键问题在于配套措施不完善、市场发展不成熟、二甲醚使用观念有待更新。1.1.2 二甲醚的传统领域的应用及其拓展 (1) 传统领域的应用 第一 做气雾剂、制冷剂和发泡剂。DME作为停止使用的氯氟烃的替代物，在气雾剂制品中显示出良好的性能，如：不污染环境，对臭氧破坏系数为零；DME在水中溶解度为34%，若加6%的乙醇，则可与水混溶，它与各种树脂也有极高的溶解能力；毒性很微弱，用在化妆品上观察不到有什么
15、问题；可用水或氟制剂作阻燃剂；使喷雾产品不易致潮，加之与其他气雾剂相比，其成本低、价格便宜从而被认为是新一代理想的气雾推进剂。在西欧各国已经成为民用气溶胶制品的氯氟烃的替代品。目前DME在世界喷射剂的用量中居第二位，仅次于碳氢化合物，其次，由于DME容易液化的特性，许多国家正在开发以DME代替氯氟烃做制冷剂的技术。Bohnenn报道了用DME与氟里昂混合制成特种制冷剂，通过大量实验后，认为随着DME含量的增加，制冷能力增加，能耗降低并且在冷冻食品时可免除异味和臭味。另外Kohl等人报道了以DME、丙烷、丁烷制无氟制冷剂的方法。第二，DME作为化学中间体，主要用于制造硫酸二甲酯。DME同发烟硫酸反应可以生成硫酸二甲酯；同苯胺反应生成高纯N、N-二甲基苯胺，脱水成乙烯，羰基化可以制取醋酸甲酯；与硫化氢反应生成二甲基硫醚，进而可生成二甲基亚砜。 (2) 新近拓展的应用领域作为新型高效清洁燃料是DME应用领域的一个崭新的拓展应用领域。DME作为民用燃料比液化气具有更优良的物理化学性能（如表1.1，表1.2所示）。由于DME的分子结构与烃类不同，只有C-H与C-O键，没有C-C键，所以燃烧时无黑烟，C
