年产20万吨甲醇制二甲醚生产工艺初步设计(毕业论文)Word格式.docx
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5、原材料、动力消耗定额及消耗量
6、参考文献
7、致谢
8、附图（带控制点的工艺流程图和关键设备的结构图）四、时间安排：
共设计四周，前2周收集资料，进行工艺流程的设计、物料和热量衡算，后两周进行设计说明书的撰写、工艺流程图和设备图的绘制。
五、学生应交出的设计文件：
课程设计说明书一本
带控制点的工艺流程图一套（要求手工绘制2#图纸）主要设备结构图一套（要求CAD绘制，2#图纸）
-I-
日期
系主任批准签字
教研室主任签字
指导教师签字
2012年11月25日至2012年12月21日
要求设计工作起止日期
专业班级 化工工艺0904 学生 武晓佩
津科学技术出版社出版
3．…………
天
六、主要参考文献（资料）：
1、《化工设计》王静康主编1995年版化学工业出版社出版
2、《化工原理》（上、下）2001年版天津大学化工原理教研室编
-II-
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γ-AL2O3催化剂床层,气相甲醇脱水制得二甲醚。
气相法的工艺过程主要由甲醇加热、蒸发、甲醇脱水、二甲醚冷凝及精馏等组成。
主要完成以下工作：
1）精馏用到的二甲醚分离塔和甲醇回收塔的塔高、塔径、塔板布置等的设计；
2）所需换热器、泵的计算及选型；
关键词：
二甲醚，甲醇，工艺设计。
-V-
Abstract:
AsLPGandoilalternativefuel,DMEhasdrawnattentionsatpresent.PhysicalpropertiesofDMEissimilarforLPG,anddon’tproducecombustiongastodamagetheenvironment,so,Itcanbeproducedlargely.Likemethane,DMEisexpectedtobecome21stcenturyenergyresources.,DMEispreparedbymethanoldehydration,namely,syntheticmethanolfirstandthenmethanoldehydrationtodimethyletherbymethanoldehydration.MethanoldehydrationtoDMEisdividedintotwokindsofliquidphaseandgas-phaseprocess.Thisdesignusesaprocessgasofdimethyletherpreparedbydimethyl.Heatingmethanoltoevaporation,methanolvaporthroughtheγ-AL2O3catalystbed,vapormethanoldehydrationtodimethyletherby.Thisprocessismadeofmethanolprocessheating,evaporation,dehydrationofmethanol,dimethylethercondensationanddistillationetc.Completedforthefollowingwork:
1）Distillationtowerusedinseparationofdimethyletherandmethanolrecovery,columnheightoftower,diameter,arrangementofcolumnplateetc;
2）Thecalculationandselectionofheatexchanger,pump;
Key words:
dimethyl ether, methanol, process design
目 录
前言
化工设计课程设计任务书 I
前 言 1
1文献综述 1
1.1二甲醚概述 1
1.1.1二甲醚的发展现状 1
1.1.2二甲醚的传统领域的应用及其拓展 1
1.2国内二甲醚市场简况 2
1.2.1现状 2
1.2.2国内市场预测 4
1.3国外二甲醚市场简况 5
1.3.1现状 5
1.3.2国外市场预测 6
1.4原料说明 7
1.6二甲醚的主要技术指标 8
1.6.1技术要求 8
1.6.2试验方法 9
2DME产品方案及生产规模 11
2.1产品品种、规格、质量指标及拟建规模 11
2.2产品规格、质量指标 11
2.3产品方案分析及生产规模分析 12
3工艺流程介绍 12
3.1生产方法简述 12
3.2工艺流程说明 14
3.3生产工艺特点 16
3.4主要工艺指标 16
3
3.4.1二甲醚产品指标 16
3.4.2催化剂的使用 17
4主要塔设备计算及选型 17
4.1汽化塔及其附属设备的计算选型 17
4.1.1物料衡算 17
4.1.2热量衡算 19
4.1.3理论板数、塔径、填料选择及填料层高度的计算 21
4.1.4汽化塔附属设备的选型计算 25
4.2合成塔及其附属设备的计算选型 26
4.2.1物料衡算 26
4.2.2合成塔的选取选取：
26
4.2.3热量衡算及附属设备的选型计算 26
4.3精馏塔及其附属设备的计算选型 29
4.3.1物料衡算 30
4.3.2热量衡算 30
4.3.3理论塔板数的计算 32
4.3.4初馏塔主要尺寸的设计计算 32
4.3.5塔径设计计算 34
4.3.6填料层高度的计算 35
4.3.7附属设备的选型计算 35
4.4回收塔及其附属设备的计算选型 36
4.5.1物料衡算 36
4.4.2热量衡算 38
4.4.3理论塔板数的计算 39
4.4.4回收塔主要尺寸的设计计算 40
4.4.5塔径设计计算 41
4.4.6填料层高度的计算 42
4.4.7附属设备的选型计算 43
致谢 45
参考文献 46
附录1.主要设备一览表 47
前 言
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，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）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，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，10万吨/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，厂房平面布置，还有进行初步的经济分析等。
图纸包括工艺流程图，主设备图，车间布置平面等。
设计者：
武晓佩
2012年11月25日
1文献综述
1.1二甲醚概述
1.1.1二甲醚的发展现状
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、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：
①不污染环境，对臭氧破坏系数为零；
②DME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；
③毒性很微弱，用在化妆品上观察不到有什么问题；
④可用水或氟制剂作阻燃剂；
⑤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。
57
除此之外DME还是重要的化工原料,可用于许多精细化学品的合成,同时在轻化、制药、燃料、农药等工业中有许多独特的用途。
（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；
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。
表1
DME液化气与液化石油气性质比较
项目
分子量
压力Mpa
燃烧温度 爆炸下限
理论空气量
预混气热值
（60℃）
℃ %
KJ/m3
LPG
56.6
1.92
2055 1.7 11.32
3903
DME
46.07
1.35
2250 3.45 6.96
4219
表2 DME与0＃柴油的比较
对比项目
DME 0＃柴油
46.07 190～220
沸点（℃）
-24.9 180～360
十六烷值
55～60 40～50
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
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宁夏煤基DME（一期）83万吨／年项目报告已于2004年4月完成，后因资金技术问题项目尚未启动。
宁夏煤炭资源丰富，但因为地处西部，且邻省陕西、内蒙古、甘肃等均为富煤省份，煤炭外运十分困难。
宁夏决定大力发展电力和煤化工等产业，建设大型DME厂是其中一项。
美国政府出资67.5万美元对该项目给予援助。
表3 2006年我国DME主要生产厂家及其能力
企 业 生产工艺 生产能力（吨/年）
广东中山凯达有限公司重庆英力燃化有限公司江苏昆山化工厂
武汉青江公司吴县合成化学厂
上海申威气雾剂公司河南沁阳紫阳乡
河南内乡化工局无锡新苑化工集团
贵州宏华新能源公司榆次燃料化工公司安徽蒙城化肥厂
义乌光阳化工公司渭河煤化工集团公司
陕西新型燃料燃具公司山西浑源化肥厂
山东临沂鲁明化工有限公司湖北田力实业公司
广州广氮集团公司云南解化集团公司
山东久泰股份有限公司湖南雪纳新能源有限公司中国泸天化股份有限公司中国泸天化股份有限公司山西潞安
陕西神华宁夏银川
内蒙古鄂尔多斯市-山东临沂市
两步法-气相脱水浆态床一步法
两步法-气相脱水两步法-液相脱水两步法-气相脱水两步法-气相脱水两步法-气相脱水两步法-气相脱水两步法-气相脱水两步法-气相脱水两步法-气相脱水两步法-气相脱水两步法-气相脱水两步法-气相脱水两步法-气相脱水浆态床一步法
两步法-液相脱水固定床一步法
两步法-气相脱水两步法-液相脱水两步法-液相脱水两步法-气相脱水两步法-气相脱水两步法-气相脱水古定床一步法
流态床一步法流态床一步法流态床一步法
12500（94/98年分期投产）
3000（04年4月试产/已停）
1000（91年3月试产）
1500（95年9月试产）
1000（96年7月试产）
800（95年3月试产）
10000（04年1月试产）
10000（04年8月试产）
10000（03年5月试产）
5000（05年3月试产）
10000（04年12月试产）
5000（04年10月试产）
2500（98年9月试产）
10000（05年10月试产）
500（97年6月试产）
5000（01年1月试产）
★5000（04年12月试产）
1500（97年9月试产，现停产）
5000（98年10月试产）
5000（06年2月试产）
★30000（05年12月试产）
30000（05年11月投产）
10000（03年8月投产）
100000（05年9月投产）
150000（筹建中）
200000（筹建中）
830000（筹建中）
1000000（筹建中）
近几年DME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等企业，年总产量已超过10万吨。
国内上述大部分企业生产的DME产品主要面向气雾剂市场，到
2005年底为止，我国DME的正常生产能力为15-20万吨/年。
2.1.1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。
我国早期二甲醚的生产能力很低，只有江苏吴县合成化上厂、武汉硫酸厂等少数几个厂家生产，总产量约为3000吨/年，远远不能满足国内市场的需求，高纯度二甲醚（>
99.9%）全部依赖进口。
近年来，我国在二甲醚液化气、醇醚燃料等方面取得了突破性进展。
其中中科院山西煤化所研制的甲醇制二甲醚催化剂，催化与分离精制工艺，可用于生产燃料级（95%一98%）与化工级（>
99%）二甲醚，特别适合于已有甲醇的中小氮肥厂建立中小规模（100住一3000吨/年）的生产装置。
上海石油化工研究院开发成功的二甲醚反应蒸馏新技术，具有过程简单、投资省、消耗低、操作控制容易，不产生废酸、废渣和含酸废水等优点，甲醇单程转化率达80%-85%，选择性大于99.9%。
化工部西南化工研究院开发的新型民用代用燃料一醇醚燃料，目前已在河南、山西、贵州、安徽等省建立了5套生产装置，其中4套为万吨级装置。
广东省中山精细化工实业有限公司采用西南化工研究院开发的甲醇催化转化二步法制二甲醚生产技术建立了2500吨/年生产装置。
生产高纯度二甲醚，产品主要用作气雾剂。
最近，安徽省蒙城县化肥厂也建立了2500吨/年高纯度二甲醚生产装置，产品纯度达
99.95%以上。
山东临沂已经建成30000吨/年二甲醚生产装置，已于2005年10月份投产，同时也在
规划100万吨/年二甲醚的项目。
另外，陕西新型燃料燃具公司开发成功了二甲醚液化气灶（JZMZ一
A型），将大大促进二甲醚作为燃料在我国的推广和普及。
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。
仅以西南地区的重庆、成都市为例，目前两市的气化率很高，基本上都是用天然气，两地的餐饮业十分发达，LPG消耗量极大，由于DME清洁燃烧完全、无黑烟、对人体无害，在餐饮业中替代
LPG具有无可比拟的优势。
据保守估计，重庆市的LPG需求量在8万/年，成都市的LPG需求量在5
万吨/年，四川省的总需求量在25万吨/年，其市场前景非常乐观。
1.3国外二甲醚市场简况
1.3.1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
29.4万吨/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Unit
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