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 .IAbstract.II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
2、.5 二甲醚的性质 .121.5.1 化学性质 .121.5.2 物理 性质 .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
3、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
4、谢 .46参考文献 .47附 录 .48I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 -A1 2O3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
5、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IIThe process design of 150kt/a dimethyl 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, an
6、d dont produce combustion gas to damage the environment, so, It can be produced largely. Like methane, DME is expected to become 21st century energy resources. DME is prepared by methanol dehydration, namely, synthetic methanol first and then methanol dehydration to dimethyl ether by methanol dehydr
7、ation. Methanol dehydration to DME is divided into two kinds of liquid phase and gas-phase process. This design uses a process gas of dimethyl ether prepared by dimethyl. Heating methanol to evaporation, methanol vapor through the -A12O3 catalyst bed, vapor methanol dehydration to dimethyl ether by.
8、 Dimethyl ether is obtained by design calculation of rectification tower packing layer is 7.8 meters high,always rectifying packing layer 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. Fina
9、lly by the distillation of dimethyl ether content reached 99.9%,achieved the desired goal.Key words: dimethyl ether; methanol; process design; rectification1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，
10、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 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
11、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 , 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，
12、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，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，2项目的内部收益率所得税前为 13.82%，高于基准收益率
13、 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，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。3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
14、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
15、、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
16、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。4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
17、 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，CO 与 NOx 排放量很低，符合洁净燃料的要求；而且燃烧性能良好，燃烧废气无毒，完全符合卫生标准；单一组成，无残液；当温度在 378时，二甲醚的蒸汽压低于 1378kPa，符合液化石油气的要求（如表 1.1）所示。表 1.1 DME 液化气与液化石油气性质比较项目 分子量压力 Mpa(60)燃烧温度()爆炸下限(%)理论空气量预混气热值( )3/KJmLPG
18、DME56.646.071.921.35205522501.73.4511.326.96390342195表 1.2 DME 与 0柴油的比较对比项目 DME 0柴油分子量 46.07 190220沸点（） -24.9 180360十六烷值 5560 4050低热值（kJ/kg） 28840 42500理论空燃比 9 14.6氧含量（%） 34.8 硫化物 有1.2 国内二甲醚市场简况1.2.1 现状中国 DME 生产起步较晚，但发展加快。1994 年广东中山化工厂建成 2500 吨/年DME 生产装置。此前，只有江苏昆山化工厂有少量生产。近几年，国内陆续又有一些厂家投产 DME，其中生产规模
19、较大的有山东临沂鲁明化工有限公司、广东中山精细化工实业有限公司、江苏吴县合成化工厂、江苏昆山化工原料厂、湖南雪纳新能源有限公司山东久泰科技股份有限公司及泸天化公司等企业，年总产量已超过 50 万吨。近年来，我国 DME 的生产发展迅速。2002 年全国 DME 总生产能力仅有 3.18 万吨/年，产量约为 2 万吨/年，开工率处于 63的较低水平。到 2006 年，发展到 30 多家生产企业，年生产能力约 48 万吨，产量约 32 万吨，开工率 67%。4 年间能力和产量迅速增长，起年均增长率分别为 79%和 96%。宁夏银川正在筹划的年产 83 万吨 DME 项目，计划今年年底投产，初步决定采用美国空气产品与化学品公司技术。计划投资 47.8 亿元。宁夏石化集团公司、中煤四达矿业公司、西安交通大学、原化工部第二设计院、中国成达化学工程公司等参与合作。该项目将由煤炭为起始原料生产 DME。项目建设将分二个阶段，第一阶段生产 21 万吨/年，第二阶段再扩增 62 万吨/年。由美国贸易发展署出资援助招标、美国福陆公司中标所作的
