二甲醚设计-申嫣李.pdf

1、毕 业 论 文 （ 设 计 ）2012 届题目二甲醚分离精馏塔工艺设计专业应化09-4（1）班学生姓名学号小组成员指导教师完成日期2012年4月新 疆 工 业 高 等 专 科 学 校毕 业 论 文 （ 设 计 ） 任 务 书班 级 ） 班 专 业 应 用 化 工 姓 日 期 2012年 3月 20日1、 论 文 （ 设 计 ） 题 目 ：二甲醚分离精馏塔工艺设计2、 论 文 （ 设 计 ） 要 求 ：（ 1） 学 生 应 在 教 师 指 导 下 按 时 完 成 所 规 定 的 内 容 和 工 作 量 ， 最 好 是 独 立 完 成 。（ 2） 选 题 有 一 定 的 理 论 意 义 与 实 践

2、 价 值 ， 必 须 与 所 学 专 业 相 关 。（ 3） 主 题 明 确 ， 思 路 清 晰 。（ 4） 文 献 工 作 扎 实 ， 能 够 较 为 全 面 地 反 映 论 文 研 究 领 域 内 的 成 果 及 其 最 新 进展 。（ 5） 格 式 规 范 ， 严 格 按 系 部 制 定 的 论 文 格 式 模 板 调 整 格 式 。（ 6） 所 有 学 生 必 须 在 5月 15日 之 前 交 论 文 初 稿 。3、 论 文 （ 设 计 ） 日 期 ： 任 务 下 达 日 期完 成 日 期4、 指 导 教 师 签 字 ：新 疆 工 业 高 等 专 科 学 校毕 业 论 文 （ 设 计

3、） 成 绩 评 定报 告序号 评 分 指 标 具 体 要 求 分 数 范 围 得 分1 学 习 态 度 努 力 学 习 ， 遵 守 纪 律 ， 作 风 严 谨 务 实 ， 按 期 完 成 规定 的 任 务 。 0 10 分2 能力与质量 调 研 论证 能 独 立 查 阅 文 献 资 料 及 从 事 其 它 形 式 的 调 研 ， 能 较好 地 理 解 课 题 任 务 并 提 出 实 施 方 案 ， 有 分 析 整 理 各类 信 息 并 从 中 获 取 新 知 识 的 能 力 。 0 15 分综 合 能力 论 文 能 运 用 所 学 知 识 和 技 能 ， 有 一 定 见 解 和 实 用 价值

4、。 0 25 分论 文 （ 设计 ） 质 量 论 证 、 分 析 逻 辑 清 晰 、 正 确 合 理 ， 0 20 分3 工 作 量 内 容 充 实 ， 工 作 饱 满 ， 符 合 规 定 字 数 要 求 。 绘 图 (表 )符 合 要 求 。 0 15 分4 撰 写 质 量 结 构 严 谨 ， 文 字 通 顺 ， 用 语 符 合 技 术 规 范 ， 图 表 清楚 ， 字 迹 工 整 ， 书 写 格 式 规 范 ， 0 15 分合 计 0 100 分评 语 ： 成 绩 ：评 阅 人 （ 签 名 ） ：日 期 ：毕 业 论 文 答 辩 及 综 合 成 绩答 辩 情 况自 述 情 况 清 晰 、完

5、 整流 利简 练 清 晰完 整 完 整熟 悉内 容 基 本完 整熟 悉内 容 不 熟悉 内容提 出 问 题 回 答 问 题正确 基 本正 确 有 一般 性错 误 有 原则 性错 误 没 有回 答答 辩 小 组 评 语 及 建 议 成 绩 ：答 辩 委 员 会 综 合 成 绩 ： 答 辩 委 员 会 主 任 签 字 ：年 月 日年 产 3.0 万 吨 二 甲 醚 装 置 分 离 精 馏 工 段 的 设 计摘 要 ： 本 设 计 使 用 生 物 质 气 化 气 一 步 法 生 产 二 甲 醚 ， 从 初 步 设 计 的 角 度 对 年 产 2.8 万 吨 二 甲 醚 化 工厂 进 行 了 全 面

6、设 计 ， 采 用 水 蒸 气 富 氧 化 气 化 生 物 质 气 ， 通 过 固 定 床 反 应 器 合 成 二 甲 醚 工 艺 。 开 发 中 的 分离 工 艺 主 要 采 用 吸 收 和 精 馏 等 化 工 单 元 操 作 过 程 得 到 纯 度 较 高 的 二 甲 醚 产 品 。 本 设 计 主 要 针 对 分 离 中 的精 馏 工 序 进 行 工 艺 设 计 ， 分 离 二 甲 醚 、 甲 醇 和 水 三 元 体 系 。 精 馏 塔 采 用 浮 阀 塔 ， 塔 顶 冷 凝 装 置 采 用 全 凝器 ， 用 来 准 确 控 制 回 流 比 ； 塔 底 采 用 水 蒸 气 蒸 汽 加 热

7、 ， 以 提 供 足 够 的 热 量 。 通 过 计 算 得 出 理 论 板 数 ， 塔效 率 ， 实 际 板 数 ， 进 料 位 置 ， 在 板 式 塔 主 要 工 艺 尺 寸 的 设 计 计 算 中 得 出 塔 径 ， 有 效 塔 高 ， 筛 孔 数 。 通 过筛 板 的 流 体 力 学 验 算 ， 证 明 各 指 标 数 据 均 符 合 标 准 。关 键 词 ： 二 甲 醚 ， 三 元 体 系 ， 精 馏 ， 分 离目 录绪 论 .11二 甲 醚 概 述 21.1 二 甲 醚 的 发 展 现 状 .21.2 二 甲 醚 的 传 统 领 域 的 应 用 及 其 拓 展 .21.3 国 内

8、二 甲 醚 市 场 简 况 .31.3.1 现 状 31.3.2 国 内 市 场 预 测 31.4 国 外 二 甲 醚 市 场 简 况 .41.4.1 现 状 41.4.2 国 外 市 场 预 测 41.5 原 料 说 明 及 其 性 质 .51.5.1 二 甲 醚 的 性 质 61.6 工 艺 流 程 介 绍 .71.6.1 生 产 方 法 简 述 71.6.2 工 艺 流 程 说 明 81.7 生 产 工 艺 特 点 .92 精 馏 塔 的 工 艺 计 算 .92.1 精 馏 塔 的 物 料 衡 .102.1.1 基 础 数 据 102.1.2 物 料 衡 算 102.2 精 馏 塔 工

9、艺 计 算 .122.2.1 操 作 条 件 的 确 定 122.3 精 馏 塔 设 备 计 算 .142.3.1 基 础 数 据 142.3.2 塔 板 数 的 确 定 182.3.3 精 馏 塔 主 要 尺 寸 计 算 202.3.4 塔 板 结 构 设 计 242.3.5 塔 板 流 体 力 学 验 算 302.3.6 塔 板 负 荷 性 能 图 332.3.7 塔 高 的 计 算 373结 论 39参 考 文 献 .40附 录 .41致 谢 .43化 工 系 毕 业 设 计 (论 文 )1绪 论二 甲 醚 又 称 甲 醚 、 木 醚 氧 、 二 甲 醚 ， 是 最 简 单 的 脂 肪

10、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

11、视 。20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 。 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）

12、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 。 上 述 各 方 面 问 题 的研 究 结 果 表 明 ， 2.8万 吨 /年 二 甲 醚 项 目 符 合 国 家 产 业

13、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 。化 工 系 毕 业 设 计 (论 文 )21 二 甲 醚 概 述1.1 二 甲 醚 的 发 展 现 状自 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

14、 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

15、 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 、 二 甲 醚使 用 观 念 有 待 更 新 。1.2 二 甲 醚 的 传 统

16、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

17、 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

18、 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

19、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， 表 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

20、无 黑 烟 ， CO与 XNO 排 放 量 很化 工 系 毕 业 设 计 (论 文 )3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 ； 在 室 温 下 可 压 缩 成 液 体 ， 用 现 有 的 液 化 石 油 气 罐 盛 装 ， 燃 具 与 LPG基 本 通用 ， 是 优 良 的 民 用 洁 净 燃 料 。 当 温 度 在 37 8 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

21、 。表 1-1 DME 液 化 气 与 液 化 石 油 气 性 质 比 较项 目 分 子 量 压 力 aMP(60 ) 燃 烧 温 度 爆 炸 下 限% 理 论 空 气 量 预 混 气 热 值KJ/m3LPGDME 56.646.07 1.921.35 20552250 1.73.45 11.326.96 390342191.3 国 内 二 甲 醚 市 场 简 况1.3.1 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

22、 生 产 。 近 几 年 ， 国 内 陆 续 又 有 一 些 厂 家 投 产DME， 其 中 生 产 规 模 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

23、 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%。1.3.2 国 内 市 场 预 测第 一 ， DME作 为 柴 油 替 代 燃 料 或 掺 烧 汽 油 市 场 。 随 着 国 民 经 济 的 发 展 ， 我 国 对 柴 油 和汽 油 的 需 求 量 每 年 增 长 的

24、幅 度 不 断 加 大 。 统 计 数 据 显 示 ， 目 前 柴 油 的 需 求 量 每 年 的 速 度 增长 为 7%， 预 计 到 2010年 我 国 对 进 口 石 油 的 依 存 度 将 超 过 50%。 尤 其 是 我 国 环 保 能 源 特 别是 洁 净 车 用 燃 料 一 直 十 分 紧 缺 ， 因 此 发 展 清 洁 车 用 燃 料 成 为 我 国 经 济 高 速 发 展 面 临 的 现 实问 题 。 DME作 为 柴 油 替 代 能 源 在 性 能 上 具 有 明 显 的 优 势 ， 而 作 为 汽 油 添 加 剂 进 行 掺 烧 在 理论 上 证 明 可 以 提 升 汽

25、油 的 品 质 ， 且 技 术 方 面 不 存 在 难 以 克 服 的 问 题 ， 因 此 这 是 一 个 普 遍 看好 的 市 场 。第 二 ， DME混 烃 燃 料 市 场 。 目 前 我 国 液 化 气 年 消 费 量 在 3500万 4000万 吨 ， 每 年 约需 进 口 2000万 吨 。 DME作 为 超 洁 净 能 源 ， 与 液 化 气 相 比 在 性 能 上 具 有 显 著 的 优 势 。 如 果用 DME替 代 进 口 液 化 气 ， 将 至 少 形 成 约 2000万 吨 年 的 DME需 求 。第 三 ， DME作 为 日 用 化 工 原 料 及 化 工 中 间 体

26、市 场 。 DME除 作 为 燃 料 以 外 ， 主 要 用 于制 气 雾 剂 、 制 冷 剂 和 发 泡 剂 。 DME进 入 这 一 市 场 的 特 点 是 附 加 值 高 ， 因 而 利 润 空 间 极 大 。纯 度 大 于 95%的 甲 醚 可 作 为 液 体 石 油 气 替 代 燃 料 ， 若 二 甲 醚 能 大 规 模 地 生 产 ， 显 著 地化 工 系 毕 业 设 计 (论 文 )4降 低 成 本 ， 将 能 在 国 内 促 进 二 甲 醚 的 消 费 ， 目 前 己 在 部 分 地 区 使 用 二 甲 醚 ， 但 因 技 术 经 济上 因 生 产 规 模 太 小 而 导 致

27、生 产 成 本 较 高 ， 影 响 其 推 广 应 用 。 我 国 石 油 液 化 气 进 口 量 近 年 迅速 增 加 ， 19%年 进 口 量 为 354.7万 吨 ， 1998年 达 477万 吨 ， 预 计 到 2005年 进 口 量 达 929万吨 ， 2010年 将 达 1460万 吨 。 因 此 二 甲 醚 作 为 替 代 燃 料 的 市 场 非 常 广 阔 。1.4 国 外 二 甲 醚 市 场 简 况1.4.1 现 状目 前 世 界 上 DME的 生 产 主 要 集 中 在 美 国 、 德 国 、 荷 兰 和 日 本 等 国 ， 2006年 世 界 总 生产 能 力 预 计 2

28、9.4万 吨 /年 ， 产 量 约 22万 吨 ， 开 工 率 75%。国 外 DME的 主 要 生 产 厂 家 有 美 国 的 Dupont公 司 、 荷 兰 的 AKZO公 司 、 德 国 的 DEA公 司 和 UnitedRhineLigniteFuel 公 司 等 ， 其 中 德 国 DEA公 司 的 生 产 能 力 最 大 为 6.5万 吨 /年 。二 甲 醚 作 为 一 种 新 型 、 清 洁 的 民 用 和 车 用 燃 料 ， 被 看 作 是 柴 油 或 LPG/CNG 的 优 秀 替代 品 ， 其 作 为 燃 料 的 市 场 血 球 增 长 将 会 非 常 惊 人 。 2000

29、年 ， 全 球 有 400万 辆 LPG 汽 车 ，400万 辆 乙 醇 汽 车 、 100万 辆 CNG汽 车 ， 还 有 部 分 甲 醇 汽 车 。 以 美 国 为 例 ， 2000年 美 国 使用 替 代 燃 料 （ LPG和 CNG） 的 汽 车 为 42万 辆 ， 预 计 2010年 为 330万 辆 。目 前 美 国 替 代 燃 料 消 费 量 折 合 当 量 汽 油 约 为 100万 吨 （ 352106加 仑 当 量 汽 油 ） ， 约 占当 年 全 部 燃 料 消 费 量 的 0.2%。 如 果 美 国 代 用 燃 料 的 比 例 提 高 到 5%， 起 需 求 量 将 达

30、到 2500万 吨 ， 可 见 替 代 燃 料 的 市 场 前 景 是 相 当 可 观 的 20。亚 洲 地 区 是 世 界 上 柴 油 消 费 增 长 最 快 的 地 区 ， 据 国 外 研 究 机 构 预 测 ， 二 甲 醚 作 为 替 代燃 料 ， 2008年 亚 洲 地 区 的 年 需 求 量 达 4000万 吨 ， 可 见 ， 由 于 二 甲 醚 具 有 其 它 替 代 燃 料 不可 比 拟 的 优 势 ， 将 会 成 为 柴 油 的 主 要 替 代 燃 料 ， 具 有 难 以 估 量 的 市 场 前 景 。由 于 二 甲 醚 的 市 场 需 求 潜 力 十 分 巨 大 ， 在 世

31、界 范 围 内 ， 其 建 设 已 经 成 为 热 点 项 目 ， 一些 大 型 的 二 甲 醚 装 置 已 在 积 极 筹 建 之 中 ， 如 果 这 些 项 目 到 2010都 建 成 投 产 将 新 增 二 甲 醚生 产 能 力 793万 893万 吨 。 届 时 世 界 二 甲 醚 总 能 力 将 达 到 1082万 1182万 吨日 本 千 代 田 和 石 川 岛 播 磨 重 工 公 司 联 合 为 日 本 JEE控 股 公 司 进 行 DME装 置 工 程 设 计 ，JEE公 司 是 工 程 和 钢 铁 控 股 公 司 ， 2002年 由 川 崎 钢 铁 和 NKK 公 司 联 合

32、 而 成 。 JEE 公 司 将在 海 外 建 设 大 规 模 DME装 置 ， 于 2006年 建 成 。 该 装 置 将 采 用 JEE工 艺 从 合 成 气 间 接 生 产DME。 JEE工 艺 DME装 置 可 使 用 天 然 气 、 烃 类 和 生 物 质 作 为 原 料 。1.4.2 国 外 市 场 预 测目 前 ， 世 界 上 二 甲 醚 的 总 生 产 能 力 约 为 700万 吨 /年 ， 主 要 生 产 厂 家 有 杜 邦 公 司 ， 德 国联 合 莱 因 褐 煤 燃 料 公 司 ， 德 国 汉 堡 DMA公 司 ， 荷 兰 阿 克 苏 公 司 ， 日 本 和 我 国 台

33、湾 省 等 。早 期 的 二 甲 醚 主 要 用 作 甲 基 化 试 剂 用 于 生 产 硫 酸 二 甲 酷 ， 1986年 西 欧 生 产 的 约 2万 吨 二 甲醚 ， 有 9000 吨 用 于 生 产 硫 酸 二 甲 酷 。 随 着 人 们 环 保 意 识 的 增 强 ， 二 甲 醚 在 气 溶 胶 推 进 剂方 面 的 用 量 逐 年 增 加 ， 1990年 欧 洲 生 产 的 4.5吨 二 甲 醚 ， 其 中 约 有 3.5万 吨 用 于 气 溶 胶 工业 ， 其 它 用 作 中 间 体 。 目 前 世 界 二 甲 醚 的 产 量 约 为 600万 吨 /年 ， 预 计 到 2010

34、年 需 求 量 可化 工 系 毕 业 设 计 (论 文 )5突 破 1100万 吨 /年 。当 前 世 界 各 国 都 在 注 重 二 甲 醚 作 为 替 代 燃 料 的 研 究 ， 届 时 二 甲 醚 的 需 求 量 将 大 大 增加 。 日 本 一 个 开 发 合 成 二 甲 醚 技 术 的 国 家 计 划 已 经 展 开 ， NKK公 司 、 太 平 洋 碳 钢 公 司 和 住友 金 属 工 业 公 司 将 利 用 通 产 省 提 供 的 资 金 (18亿 日 元 )进 行 相 关 的 研 究 与 开 发 工 作 ， 目 标 是设 计 一 种 方 法 通 过 用 煤 气 和 最 新 开

35、发 的 催 化 剂 直 接 合 成 低 成 本 的 二 甲 醚 。 去 年 印 度 石 油 公司 、 煤 气 权 力 公 司 和 石 油 研 究 院 已 经 与 阿 莫 科 印 度 开 发 公 司 签 署 了 开 发 和 销 售 二 甲 醚 作 为多 用 途 燃 料 的 协 议 ， 使 二 甲 醚 商 业 化 并 提 供 技 术 ， 目 前 正 着 手 可 行 性 研 究 。 阿 莫 科 公 司 已与 丹 麦 托 普 索 公 司 （ HaldorTopsoe） 签 订 了 进 一 步 开 发 二 甲 醚 技 术 的 协 议 。 最 近 日 本 有 人撰 文 探 讨 二 甲 醚 作 为 清 洁

36、燃 料 替 代 柴 油 ， 对 二 甲 醚 的 价 格 和 燃 料 的 性 能 跟 柴 油 和 汽 油 作 比较 ， 认 为 直 接 合 成 二 甲 醚 法 在 今 后 的 实 际 应 用 中 没 有 问 题 ， 且 成 本 方 面 具 有 较 大 竞 争 力 。美 国 的 有 关 试 验 也 证 明 ， 二 甲 醚 作 为 柴 油 车 燃 料 可 以 满 足 严 格 的 1988 年 美 国 加 利 福 尼 亚超 低 排 放 交 通 工 具 法 规 的 要 求 ， 经 济 上 也 很 合 理 。1.5 原 料 说 明 及 其 性 质原 料 名 称 ： 甲 醇分 子 式 CH3OH， 相 对

37、分 子 质 量 32.04。本 设 计 采 用 的 甲 醇 原 料 浓 度 为 90%（ 质 量 分 数 ） 。（ 1） 物 理 性 质甲 醇 是 最 简 单 的 饱 和 脂 肪 醇 ， 密 度 0.791g/cm3， 沸 点 63.8 ， 自 燃 点 385 20 ， 蒸汽 压 96.3mmHg， 常 温 常 压 下 纯 甲 醇 是 无 色 透 明 ， 易 挥 发 、 可 燃 ， 略 带 醇 香 味 的 有 毒 液 体 。甲 醇 可 以 和 水 以 及 乙 醇 、 乙 醚 等 许 多 有 机 液 体 无 限 互 容 ， 但 不 能 与 脂 肪 烃 类 化 合 物 相 互 溶 ，甲 醇 蒸 汽

38、 和 空 气 混 合 能 形 成 爆 炸 性 混 合 物 ， 爆 炸 极 限 为 6.0%-36.5%（ 体 积 ） 。（ 2） 化 学 性 质甲 醇 作 为 最 简 单 的 饱 和 脂 肪 醇 因 此 具 有 脂 肪 醇 的 化 学 性 质 ， 即 可 进 行 氧 化 、 酯 化 、 羰基 化 、 胺 化 、 脱 水 等 化 学 反 应 ， 在 此 只 介 绍 几 种 重 要 的 化 学 反 应 。（ 1） 脱 水 反 应甲 醇 在 浓 硫 酸 或 其 它 催 化 剂 的 催 化 作 用 下 脱 水 生 成 二 甲 醚 ， 是 工 业 制 备 二 甲 醚 的 重 要 方法 ；主 反 应 ：

39、2CH3OHCH3OCH3+H2O+Q H298=10.92KJ/mol副 反 应 ： CH3OHCO+2H2O 2CH3OHC2H4+2H2O 2CH3OHCH4+2H2O+C CH3OCH3CH4+CO+H2 CO+H2OCO2+H2（ 2） 氧 化 反 应甲 醇 在 电 解 银 催 化 剂 下 可 被 空 气 氧 化 成 甲 醛 ， 是 重 要 的 工 业 制 备 甲 醛 的 方 法 ；（ 3） 酯 化 反 应甲 醇 可 与 多 种 无 机 酸 和 有 机 酸 发 生 酯 化 反 应 ， 甲 醇 和 硫 酸 发 生 酯 化 反 应 生 成 硫 酸 氢化 工 系 毕 业 设 计 (论 文

40、)6甲 酯 ， 硫 酸 氢 甲 酯 经 减 压 蒸 馏 生 成 甲 基 化 试 剂 硫 酸 二 甲 酯 ；（ 4） 羰 基 化 反 应甲 醇 和 光 气 发 生 羰 基 化 反 应 生 成 氯 甲 酸 甲 酯 ， 进 一 步 反 应 生 成 碳 酸 二 甲 酯 ；（ 5） 裂 解 反 应在 铜 催 化 剂 上 ， 甲 醇 可 裂 解 生 成 CO和 H2，1.5.1 二 甲 醚 的 性 质（ 1） 化 学 性 质二 甲 醚 在 辐 射 或 加 热 条 件 下 会 分 解 成 甲 烷 、 乙 烷 、 甲 醛 、 二 氧 化 碳 及 一 氧 化 碳 （ 产 物取 决 于 反 应 条 件 及 催 化

41、 剂 ） 。 二 甲 醚 可 作 为 烷 基 化 合 剂 ， 在 很 多 场 合 中 ， 它 具 有 甲 基 化 反应 性 能 ， 例 如 在 硅 酸 铝 催 化 剂 存 在 的 条 件 下 ， 二 甲 醚 可 以 与 苯 发 生 烷 基 化 反 应 而 生 成 甲 苯 、二 甲 苯 及 多 烷 基 苯 。 二 甲 醚 与 一 氧 化 碳 反 应 可 生 成 乙 酸 或 乙 酸 甲 脂 ； 与 二 氧 化 碳 反 应 则 生成 甲 氧 基 乙 酸 。 当 与 氰 化 氢 反 应 时 则 生 成 乙 腈 。 此 外 ， 二 甲 醚 可 与 三 氟 化 硼 形 成 络 合 物 ，其 分 子 式 （

42、 CH3） 2OBF3， 此 络 合 物 在 空 气 中 发 烟 ， 而 在 水 或 醇 中 则 可 分 解 。 DME还 可 选择 性 氯 化 为 各 种 氯 化 衍 生 物 。 无 致 癌 性 、 腐 蚀 性 甚 微 。（ 2） 物 理 性 质DME是 具 有 挥 发 性 醚 味 的 无 色 气 体 ， 有 令 人 愉 快 的 气 味 ， 燃 烧 时 的 火 焰 略 带 光 亮 。 在常 温 ， 常 压 下 为 气 态 ， 在 压 力 储 罐 内 为 液 体 。表 1-2 二 甲 醚 的 主 要 物 理 化 学 性 质分 子 式 CH3OCH3 蒸 汽 压 （ 20 ） 0.53MPa摩

43、尔 质 量 46.07 气 体 燃 烧 热 31.58Kj/kg熔 点 -141.5 蒸 发 热 （ -24.8 ） 467.4kJ/kg沸 点 -24.9 自 燃 温 度 350临 界 温 度 128.8 爆 炸 极 限 （ 空 气 中 ） 3.45 26.7VOL临 界 压 力 5370Pa 在 汽 油 中 的 溶 解 度 64%（ -40 ）对 水 的 相 对 密 度 0.66 对 空 气 的 相 对 密 度 1.62液 体 密 度 （ 20 ） 0.661kg/L 闪 点 -41.4蒸 汽 密 度 （ 10 1atm） 1.92kg/m3（ 3） 二 甲 醚 的 毒 性二 甲 醚 的

44、毒 性 很 低 ， 气 体 有 刺 激 及 麻 醉 作 用 的 特 性 ， 通 过 吸 入 或 皮 肤 吸 收 过 量 的 此 物品 ， 会 引 起 麻 醉 ， 失 去 知 觉 和 呼 吸 器 官 损 伤 。小 鼠 吸 入 225.72g/m3 麻 醉 浓 度猫 吸 入 1658.85g/m3 深 度 麻 醉人 吸 入 154.24g/m330min 轻 度 麻 醉人 吸 入 940.50g/m3 有 极 不 愉 快 的 感 觉 、 有 窒 息 感化 工 系 毕 业 设 计 (论 文 )71.6 工 艺 流 程 介 绍1.6.1 生 产 方 法 简 述二 甲 醚 的 生 产 方 法 主 要 有

45、 一 步 法 和 二 步 法 两 种 。一 步 法 以 合 成 气 (CO+H2)为 原 料 ， 在 甲 醇 合 成 以 及 甲 醇 脱 水 的 复 合 催 化 剂 上 直 接 合 成二 甲 醚 ， 再 提 纯 得 到 二 甲 醚 产 品 。二 步 法 是 以 合 成 气 制 得 甲 醇 ， 然 后 甲 醇 在 固 体 催 化 剂 作 用 下 脱 水 制 得 二 甲 醚 ， 所 用 催化 剂 选 择 性 高 ， 特 别 适 用 于 高 纯 度 二 甲 醚 生 产 。（ 一 ） 甲 醇 脱 水 制 二 甲 醚二 甲 醚 可 由 甲 醇 脱 水 制 得 。 此 工 艺 在 山 东 临 沂 新 建

46、的 30000吨 /年 二 甲 醚 生 产 装 置 上 采 用 。最 早 采 用 的 脱 水 剂 是 浓 硫 酸 ， 反 应 在 液 相 中 进 行 。 将 甲 醇 和 硫 酸 的 混 合 物 加 热 可 得 :CO+2H2=CH3OH80%)、 选 择 性 好 (99%)等 优 点 ， 但 也 存 在 设 备 腐蚀 严 重 、 釜 残 液 及 废 水 污 染 环 境 、 催 化 剂 毒 性 大 、 操 作 条 件 恶 劣 等 缺 点 ， 选 择 该 工 艺 可 能性 较 小 。1965年 ， 美 国 Mobil公 司 与 意 大 利 ESSO公 司 都 曾 利 用 结 晶 硅 酸 盐 催 化

47、 剂 进 行 气 相 脱水 制 备 DME， 其 中 Mobil公 司 使 用 了 硅 酸 铝 比 较 高 的 ZSM一 5型 分 子 筛 ， 而 ESSO公 司则 使 用 了 0.5一 1.5nm的 含 金 属 的 硅 酸 铝 催 化 剂 ， 其 甲 醇 转 化 率 为 70%， DME选 择 性 90%。1981年 ， Mobil公 司 利 用 HZSM一 5使 甲 醇 脱 水 制 备 二 甲 醚 ， 并 申 请 了 专 利 ， 反 应 条 件 比较 温 和 ， 常 压 、 200 左 右 即 可 获 得 80%甲 醇 转 化 率 和 98%DME 选 择 性 。 1991年 ， 日 本三

48、 井 东 亚 化 学 公 司 开 发 了 一 种 新 的 甲 醇 脱 水 制 DME催 化 剂 。 据 称 该 催 化 剂 是 一 种 具 有 特殊 表 面 积 和 孔 体 积 的 一 A12O3， 可 长 期 保 持 活 性 ， 使 用 寿 命 达 半 年 之 久 ， 转 化 率 可 达74.2%， 选 择 性 约 99%。（ 二 ） 合 成 气 直 接 合 成 二 甲 醚传 统 的 DME生 产 方 法 ， 一 直 采 用 两 个 截 然 不 同 的 步 骤 。 即 甲 醇 的 合 成 与 甲 醇 脱 水 。为 了 开 发 操 作 简 单 、 成 本 低 而 又 可 连 续 生 产 DME

49、的 新 方 法 ， 人 们 曾 用 合 成 气 直 接 制 取 二甲 醚 。主 要 反 应 构 成 如 下 :4H2+2CO=2CH3OH2CH3OH=CH3OCH3+H2OCO+H2O=CO2+H23H2+3CO=CH3OCH3+CO2该 工 艺 实 质 上 是 把 合 成 甲 醇 及 甲 醇 脱 水 同 步 反 应 合 并 在 一 个 反 应 器 内 ， 其 关 键 是 选 择高 活 性 及 高 选 择 性 的 双 功 能 催 化 剂 。 一 步 法 又 分 为 二 相 法 和 三 相 法 。 国 外 自 80年 代 后 对化 工 系 毕 业 设 计 (论 文 )8此 研 究 较 多 ， 较 为 典 型 的 是 丹 麦 托 普 索 公 司 TIGAS 工 艺 、 日 本 三 菱 重 工 和 COSMO石 油公 司 联 合 开 发 的 AMSTG工 艺 ;国 内 大 连 化 物 所 、 华 东 理 工 大 学 、 清 华 大 学 、 山 西 煤 化 所 等均 在 研 究 一 步 法 生 产 工 艺 。 目 前 国 外 己 开 发 成 功 的 有 二 种 方 法 :(l)托 普 索 公 司 的 固 定 床 气 相 反 应 法 ， 在 反 应 器