進口甲醇發(fā)展甲醇制烯烴可行性的探討目MTOMTP烯和丙烯成本分析10/11/03萬豐塑膠集團35~40美元/桶時，煤制烯烴即有市場競爭力(中國煤沒有漲價前)?，F(xiàn)在原油工藝制取的乙烯和丙烯成本與20~22美元/桶原油價格條件下石腦油裂解制烯 口媒價)一般在1500~2000元/噸左右，如以60萬噸/年大型裝置測算，濟性測算根據(jù)神華集團煤制油有限公司所作的研究表明(2007年)：神華集團原料的完全生產(chǎn)成本控制在100美元/噸以下。對以煤為原料(采用美國環(huán)球油品公司的MTO工藝)與以石腦油為原料制取的聚乙烯、聚丙烯成本進行測算和比較表明，煤路線(煤價100元/噸)制取的聚烯烴成本比石腦油路線(石腦油價格元/噸左右。此外，煤路線制烯烴的成本中原料煤所占的比分析率為10%；如果用230元/100萬噸DMTO裝置(包括分離部分)：主要原料是甲醇(外購)；主要單位：元/噸、美元/桶(原油價格)生產(chǎn)成本對應(yīng)比較81002400烴5120原油價格坑09年亞洲化學(xué)工業(yè)注定將大幅度衰退 化工設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書一、化工課程設(shè)計題目二、化工課程設(shè)計要求及原始數(shù)據(jù)(資料)：操作方式：連續(xù)操作合成塔：選擇y-Al2O3做催化劑，轉(zhuǎn)化率≥80%，選擇性≥99.9%，脫水溫度選擇300攝精餾塔：塔頂二甲醚純度≥“99.9%”釜液二甲醚含量≤0.5%；回收塔：塔頂回收甲醇純度≥98%，廢水中甲醇含量≤0.5%。2、生產(chǎn)流程或方法的確定3、物料衡算和熱量衡算4、主要工藝設(shè)備的計算及選型(包括設(shè)備一覽表)5、原材料、動力消耗定額及消耗量8、附圖(帶控制點的工藝流程圖和關(guān)鍵設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖)設(shè)計說明書的撰寫、工藝流程圖和設(shè)備圖的繪制。五、學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計文件：課程設(shè)計說明書一本(要求手工繪制2#圖紙)六、主要參考文獻(資料)：科學(xué)技術(shù)出版社出版3．…………專業(yè)班級化工工藝0904學(xué)生武曉佩指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字系主任批準(zhǔn)簽字摘要LPG替代燃料，目前二甲醚(DME)倍受注目。DMEG目前生產(chǎn)的二甲醚基本上由甲醇脫水制得，即先合成甲醇，然后經(jīng)甲醇脫水制成二甲醚。甲醇脫水制二甲醚分為液相法和氣相法兩種工藝，本設(shè)計采用氣相法制備二甲醚工藝。將甲醇加熱蒸發(fā)，甲醇蒸氣通過γ-ALO催23蒸發(fā)、甲醇脫水、二甲醚冷凝及精餾等組成。主要完成以下工作：二甲醚分離塔和甲醇回收塔的塔高、塔徑、塔板布置等的設(shè)2)所需換熱器、泵的計算及選型；Abstract:PhysicalpropertiesofDMEissimilarforLPG,anddon’tproducecombustionmethanoltoevaporation,methanolvaporthroughtheγ-AL2O3catalystbed,eof摘要前言化工設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書 I 1 前言二甲醚又稱甲醚、木醚氧、二甲，是最簡單的脂肪醚重要的甲醇下游產(chǎn)品之一。二甲醚的理化性農(nóng)藥等，還用于替代氟里昂用作汽溶膠噴射劑和制冷劑，由于其良好的燃料性能，具有實用、通用、20世紀(jì)70年代，二甲醚開始被用作氣霧劑，以取代破壞臭氧層的氟里昂。近幾年來，在各國尋清來源廣；(2)環(huán)境友好，其排放物對環(huán)境的影響很??；(3)技術(shù)可行、成熟，可在大范圍內(nèi)使用；(4)經(jīng)濟可行，其成本有競爭力；(5)易于實現(xiàn)，其運行所需要的基礎(chǔ)設(shè)施和現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施基本相容，不需要另裝一套裝置。少，設(shè)備制作立足于國內(nèi)現(xiàn)狀，均能在國內(nèi)制造而不需進口，可大大降低項目投資。按國家現(xiàn)行基本建設(shè)政策和市場價格對本項目進行了財務(wù)評價計算。工程總投資估算值14300萬元，項目的內(nèi)部收益率所得稅前為13.82%，高于基準(zhǔn)收益率12%。其它各項效益指標(biāo)及盈虧平衡分析結(jié)果均表明本項目具有很強的抗風(fēng)險能力。上述各方面問題的研究結(jié)果表明，10萬噸/年二甲醚項目符合國家產(chǎn)業(yè)政策和未來能源市場發(fā)展方向，市場預(yù)測樂觀，工藝方案合理，工藝技術(shù)成熟可靠，投資估算和財務(wù)評價結(jié)果也表明項目經(jīng)濟效益明本設(shè)計包括設(shè)計說明書和圖紙兩部分。說明書主要包括工藝流程的確定，物料衡算，熱量衡算，經(jīng)濟分析等。圖紙包括工藝流程圖，主設(shè)備圖，車間布置平面等。設(shè)計者：武曉佩1文獻綜述1.1二甲醚概述始被用作氣霧劑，以取代破壞臭氧的氟利昂。近幾年來，在各國尋求清潔車用替代燃料的過程中，二甲醚的良好燃燒性能和低污染排放特性使其日益受到重視。二甲醚(DME)常溫常壓下是一種無色低毒的可燃性氣體，性能與液化石油氣相似，燃燒時不析碳，無殘液，燃燒廢氣無毒，是一種理想的清潔燃料。DME還是一種新型的、理想的、可替代車料的“21世紀(jì)的綠色燃料”。隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重及石油資源的日益匱乏，對二甲醚的需求量迅速增加，因此二甲醚的合成研究已成為各國科技人員的研究焦點。制備、儲運等都比較容易解決，并能促進新一代汽車、電力等工業(yè)的發(fā)展。目前，二甲醚發(fā)展的關(guān)鍵問題在于配套措施不完善、市場發(fā)展不成熟、二甲醚使用觀念有待更(1)傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用也有極高的溶解能力；③毒性很微弱，用在化妝品上觀察不到有什么問題；④可用水或氟制劑作阻燃劑相比，其成本低、價格便宜從而被認(rèn)為是新一代理想膠制品的氯氟烴的替代品。目前DME在世界噴射劑的DME加，能耗降低并且在冷凍食品時可免除異味和臭味。另DME同發(fā)煙硫酸反應(yīng)可以生成硫酸二甲酯；同苯胺反應(yīng)生成高純N，N-二甲基苯胺，脫水成乙。藥等工業(yè)中有許多獨特的用途。(2)新近拓展的應(yīng)用領(lǐng)域作為新型高效清潔燃料是DME應(yīng)用領(lǐng)域的一個嶄新的拓展應(yīng)用領(lǐng)域。DME作為民用燃料比液x燃燒性能良好，燃燒廢氣無毒，完全符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；單一組成，無殘液；在室溫下可壓縮成液體，用甲醚的蒸汽壓低于1378kPa，符合液化石油氣的要求(如表1-1)所示?！?190~220沸點(℃)180~36055~6040~50低熱值(kJ/kg)9氧含量(%)——有此前，只有江蘇昆山化工廠有少量生產(chǎn)。近幾年，國內(nèi)陸續(xù)又有一些廠家投產(chǎn)DME，其中生產(chǎn)規(guī)模山精細化工實業(yè)有限公司、江蘇吳縣合成化工廠、江蘇久泰科技股份有限公司及瀘天化公司等企業(yè)，年總化學(xué)品公司技術(shù)。計劃投資47.8億元。寧夏石化集團公司、中煤四達礦業(yè)公司、西安交通大學(xué)、原化工部第二設(shè)計院、中國成達化學(xué)工程公司等參與合作。該項目將由煤炭為起始原料生產(chǎn)DME。項資援助招標(biāo)、美國福陸公司中標(biāo)所作的寧夏煤基DME(一期)83萬噸／年項目報告已于2004年4古、甘肅等均為富煤省份，煤炭外運十分困難。寧夏決定大力發(fā)展電力和煤化工等產(chǎn)業(yè)，建設(shè)大型企業(yè)生產(chǎn)能力(噸/年)公司近幾年DME生產(chǎn)規(guī)模較大的有山東臨沂魯明化工有限公司、廣東中山精細化工實業(yè)有限公司、江蘇吳縣合成化工廠、江蘇昆山化工原料廠、湖南雪納新能源有限公司、山東久泰科技股份有限公司等企業(yè)，年總產(chǎn)量已超過10萬噸。國內(nèi)上述大部分企業(yè)生產(chǎn)的DME產(chǎn)品主要面向氣霧劑市場，到第一，DME作為柴油替代燃料或摻燒汽油市場。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，我國對柴油和汽油的需此發(fā)展清潔車用燃料成為我國經(jīng)濟高速發(fā)展面臨的現(xiàn)實問題。DME作為柴油替代能源在性能上具有以克服的問題，因此這是一個普遍看好的市場。DME間體市場。DME除作為燃料以外，主要用于制氣霧劑、DME利潤空間極大。我國早期二甲醚的生產(chǎn)能力很低，只有江蘇吳縣合成化上廠、武漢硫酸廠等少數(shù)幾個廠家生產(chǎn)，來，我國在二甲醚液化氣、醇醚燃料等方面取得了突破性進展。其中中科院山西煤化所研制的甲醇制二甲醚催化劑，催化與分離精制工藝，可用于生產(chǎn)燃料級(95%一98%)與化工級(>99%)二甲醚，特開發(fā)成功的二甲醚反應(yīng)蒸餾新技術(shù)，具有過程簡單、投資省、消耗低、操作控制容易，不產(chǎn)生廢酸、發(fā)的新型民用代用燃料一醇醚燃料，目前已在河南、山西、貴州、安徽等省建立了5套生產(chǎn)裝置，其中4套為萬噸級裝置。廣東省中山精細化工實業(yè)有限公司采用西南化工研究院開發(fā)的甲醇催化轉(zhuǎn)化二目。另外，陜西新型燃料燃具公司開發(fā)成功了二甲醚液化氣灶(JZMZ一A型)，將大大促進二甲醚作為燃料在我國的推廣和普及。將能在國內(nèi)促進二甲醚的消費，目前己在部分地區(qū)使用二甲醚，但因技術(shù)經(jīng)濟上因生產(chǎn)規(guī)模太小而導(dǎo)為替代燃料的市場非常廣闊。前景非常樂觀。。國外DME的主要生產(chǎn)廠家有美國的Dupont公司、荷蘭的AKZO公司、德國的DEA公司和二甲醚作為一種新型、清潔的民用和車用燃料，被看作是柴油或LPG/CNG的優(yōu)秀替代品，其作萬輛CNG汽車，還有部分甲醇汽車。以美國為例，2000年美國使用替代燃料(LPG和CNG)的汽目前美國替代燃料消費量折合當(dāng)量汽油約為100萬噸(352×106加侖當(dāng)量汽油)，約占當(dāng)年全部料的市場前景是相當(dāng)可觀的[20]。，由于二甲醚具有其它替代燃料不可比擬的優(yōu)勢，將會成國外己有建設(shè)大型工業(yè)化DME裝置的計劃。日本東洋工程公司(TEC)完成建設(shè)單系列250萬噸/年DME裝置的可行性驗證。采用天然氣生產(chǎn)甲醇再轉(zhuǎn)化成DME的二步法路線，以中東低價天然EDME開始。擬采用托普索公司DME合成技術(shù)，利用資。JEE使用天然氣、烴類和生物質(zhì)作為原料。表4籌建中的二甲醚裝置(不完全統(tǒng)計)單位：萬噸/年日本財團(三菱瓦斯化學(xué)、.0~240.0澳大利亞(間接一步法)中東(二步法)2005~2006西澳大利亞(NG一步法)日本三菱瓦斯化學(xué)(MGC)道達爾菲納埃爾夫公司和小計0~973.01082.4~1182.4二甲醚的總生產(chǎn)能力約為700萬噸/年，主要生產(chǎn)廠家有杜邦公司，德國聯(lián)合萊因作甲基化試劑用于生產(chǎn)硫酸二甲酷，1986年西歐生產(chǎn)的約2萬噸二甲醚，有9000噸用于生產(chǎn)硫酸二當(dāng)前世界各國都在注重二甲醚作為替代燃料的研究，屆時二甲醚的需求量將大大增加。日本一個法通過用煤氣和最新開莫科印度開發(fā)公司簽署了開發(fā)和銷售二甲醚作為多用途燃料的協(xié)議，使二甲醚商業(yè)化并提供技術(shù)，目前正著手可行性研究。阿莫科公司已與丹麥托普索公司(HaldorTopsoe)簽訂了進一步開發(fā)二甲醚技術(shù)的協(xié)議。最近日本有人撰文探討二甲醚作為清潔燃料替代柴油，對二甲醚的價格和燃料的性能跟柴油和際應(yīng)用中沒有問題，且成本方面具有較大競爭力。美國的有關(guān)試驗也證明，二甲醚作為柴油車燃料可以滿足嚴(yán)格的1988年美國加利福尼亞超低排放交通工具法規(guī)的要求，經(jīng)濟上也很合理。二者是相近的。用二甲醚作為汽油添加劑比其它醚類化合物具有更高的O/CH值，即二甲醚的含氧量高，可以使汽油燃燒更加完全。且在某種程度上可以提高汽油的汽化效率，降低汽油的凝固點。據(jù)資料介紹，美國己將二甲醚添加到航空煤油中，這大大提高了發(fā)動機的工作效率且效果很好。目前日本達國家都在進行二甲醚作為替代燃料的研究，解決全球能源緊張的局面。原料名稱：甲醇(1)物理性質(zhì)以及乙醇、乙醚等許多有機液體無限互容，但不能與脂肪烴類化合物相互溶，甲醇蒸汽和空氣混合能(2)化學(xué)性質(zhì)化、脫水等化學(xué)反應(yīng)，在此只介紹幾種重要的化學(xué)反應(yīng)。(1)脫水反應(yīng)甲醇在濃硫酸或其它催化劑的催化作用下脫水生成二甲醚，是工業(yè)制備二甲醚的重要方法；主反應(yīng)：2CHOH→CHOCH+HO+Q△H=10.92KJ/mol3332298副反應(yīng)：⑴CHOH→CO+2HO⑵2CHOH→CH+2HO323242⑶2CHOH→CH+2HO+C⑷CHOCH→CH+CO+H342334222(2)氧化反應(yīng)甲醇在電解銀催化劑下可被空氣氧化成甲醛，是重要的工業(yè)制備甲醛的方法；(3)酯化反應(yīng)甲醇可與多種無機酸和有機酸發(fā)生酯化反應(yīng)，甲醇和硫酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成硫酸氫甲酯，硫酸氫甲酯經(jīng)減壓蒸餾生成甲基化試劑硫酸二甲酯；(4)羰基化反應(yīng)甲醇和光氣發(fā)生羰基化反應(yīng)生成氯甲酸甲酯，進一步反應(yīng)生成碳酸二甲酯；(5)裂解反應(yīng)2(1)化學(xué)性質(zhì)二甲醚在輻射或加熱條件下會分解成甲烷、乙烷、甲醛、二氧化碳及一氧化碳(產(chǎn)物取決于反應(yīng)條件及催化劑)。二甲醚可作為烷基化合劑，在很多場合中，它具有甲基化反應(yīng)性能，例如在硅酸鋁催化劑存在的條件下，二甲醚可以與苯發(fā)生烷基化反應(yīng)而生成甲苯、二甲苯及多烷基苯。二甲醚與一成乙腈。此外，二甲醚可與三氟化硼形成絡(luò)合物，其分子式(CH)OBF，此絡(luò)合物在空氣中發(fā)煙，而323DME為各種氯化衍生物。無致癌性、腐蝕性甚微。(2)物理性質(zhì)DME是具有揮發(fā)性醚味的無色氣體，有令人愉快的氣味，燃燒時的火焰略帶光亮。在常溫，常壓下為氣態(tài)，在壓力儲罐內(nèi)為液體。33蒸汽壓(20℃)熱蒸發(fā)熱(-24.8℃)3.45~26.7VOL％度(3)DME的毒性DME的毒性很低，氣體有刺激及麻醉作用的特性，通過吸入或皮膚吸收過量的此物品，會引起麻醉，失去知覺和呼吸器官損傷。麻醉濃度深度麻醉輕度麻醉940.50g/m3有極不愉快的感覺、有窒息感離后制到良好的分離效果。指標(biāo)A級無異味，常溫下為壓縮液體，(1)抽樣：Q/OCLX002-2000，抽樣以一罐裝容器為一批(或以一中間計量貯藏罐為一批)抽樣方法將鋼瓶取樣器稱重，打開采樣閥門，沖洗管線及接頭，立即將取樣器的截止閥與采樣點緊密連截止閥和采樣點閥門，從連接管線上取下鋼瓶，采樣工作結(jié)束。稱量裝滿試樣的鋼瓶，計算出試樣的重量，要求把試樣內(nèi)的20%排掉，重量不足時應(yīng)重新取樣。(2)二甲醚含量、水分、甲醇的測定。1、PorapakQ(50~80目)有機擔(dān)體(進口)2、聚乙二醇(PEG)-1500色譜固定液3、GDX-502(60~80目)色譜擔(dān)體5、丙酮分析純6、無水甲醇分析純7、無水乙醇分析純H2422436HO、CHOH標(biāo)準(zhǔn)樣制備2323置：1、氣相色譜儀(帶熱導(dǎo)池檢測器，氣體進樣器及色譜數(shù)據(jù)處理機)4、色譜柱密均勻。并在色譜內(nèi)90℃條件下老化4小時(注意老化期間要接入檢測器)。試樣和試樣的制備：按上述抽樣方法準(zhǔn)備好試樣先把氣相色譜儀按下列條件調(diào)試好載氣：氫氣以峰面積標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定以下各組份的校正因子，并得各組份的保留時間(min)：OCH24224H263623面積A，甲醇峰面積A，保留時間為(min)：HO：11.12,CHOH:14.621223在相同條件下，注入標(biāo)準(zhǔn)樣同體積的無水乙醇得水的峰面積A，甲醇的峰面積A34A水=A-AA甲醇=A-A2423水(%)=m/182100%m/46+m/18+m/32123甲醇(%)=m/323100%m/46+m/18+m/322312322332323o46ff=100%水(V/(VV))A102水V0-lml標(biāo)準(zhǔn)樣汽化后的標(biāo)準(zhǔn)體積甲醇(V/(VV))A102甲醇VmlVHO、CHOH標(biāo)準(zhǔn)樣的進樣量ml。23C、二甲醚含量的測定①、在a條相同條件下，以絕對標(biāo)準(zhǔn)曲線法使用色譜數(shù)據(jù)處理機得到N、CH、CO、CH、CH、CH組份的體積百分含量(%)242242636②、在b條相同條件下，以絕對標(biāo)準(zhǔn)曲線法使用色譜數(shù)據(jù)處理機得到HO、CHOH組份的體積23極百分含量(%)③、二甲醚體積百分(VDME)含量按下式計算：H24224263623④、把體積百分含量換算成質(zhì)量百分含量XNCHCO%×44+CH%×28+CH%×30+CH%×42+HO%×24224263623⑤、二甲醚(WDME)質(zhì)量百分含量按下式計算：WDME(%)=(VDME%×46)/X%水(WHO)質(zhì)量百分含量按下式計算：222甲醇(WCHOH)質(zhì)量百分含量按下式計算：332DME產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模2.1產(chǎn)品品種、規(guī)格、質(zhì)量指標(biāo)及擬建規(guī)模指標(biāo)氣霧級(工業(yè)級)二甲醚、燃料級二甲醚(1)氣霧級二甲醚質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(企業(yè)標(biāo)準(zhǔn))合下述質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(企業(yè)標(biāo)準(zhǔn))期望值(2)燃料級二甲醚質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(企業(yè)標(biāo)準(zhǔn))對燃料級二甲醚產(chǎn)品，目前也沒有相應(yīng)的國標(biāo)，參照國內(nèi)行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，燃料級二甲醚產(chǎn)品應(yīng)符合下述質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(企業(yè)標(biāo)準(zhǔn))項目期望值2.3產(chǎn)品方案分析及生產(chǎn)規(guī)模分析二甲醚是一種用途廣泛的化工產(chǎn)品，主要用作冷凍劑、溶劑、萃取劑、氣霧劑和燃料等。二甲醚還能代替柴油作汽車燃料，又可作為民用燃料。二甲醚的用途和消費量正在不斷擴大，其產(chǎn)品有著良好的市場和發(fā)展前景。對于二甲醚而言，基本不存在市場需求問題，關(guān)鍵在于成本的控制。如果以二甲醚的熱值和目能超過3000元。由于二甲醚用耐壓罐車或裝入鋼瓶后運輸很安全便捷，因此從成本上考慮，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該選擇在富產(chǎn)煤炭或天然氣的地區(qū)(甲醇兩步法生產(chǎn)則可考慮少些)，年產(chǎn)規(guī)模至少要在萬噸以上，并且盡可能在工藝上實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)。天然氣和煤炭是規(guī)?；a(chǎn)二甲醚較為經(jīng)濟的原料。本設(shè)計可以充分利用湖南及周圍省份的便燃料級二甲醚，對發(fā)展地區(qū)經(jīng)濟及解決能源問題注重環(huán)保方面都有著重要的作用且前景廣闊。根據(jù)湖南、湖北、江西、廣東等地區(qū)的消費情況，以及二甲醚技術(shù)的研發(fā)情況，當(dāng)前二甲醚作為資源尚處于推廣應(yīng)用階段，設(shè)計定為10萬噸/年，隨著市場的進一步培育和開拓，屆時可再建更大規(guī)模的二甲醚裝置。3工藝流程介紹二甲醚的生產(chǎn)方法主要有一步法和二步法兩種。一步法以合成氣(CO+H)為原料，在甲醇合成以及甲醇脫水的復(fù)合催化劑上直接合成二甲醚，再2甲醚產(chǎn)品。高，特別適用于高純度二甲醚生產(chǎn)。(一)甲醇脫水制二甲醚采用的脫水劑是濃硫酸，反應(yīng)在液相中進行。將甲醇和硫酸的混合物加熱可得:23CHOH十HSO=CHHSO+HO3243423433324該過程具有反應(yīng)溫度低、轉(zhuǎn)化率高(>80%)、選擇性好(99%)等優(yōu)點，但也存在設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、釜殘液及廢水污染環(huán)境、催化劑毒性大、操作條件惡劣等缺點，選擇該工藝可能性較小。1965年，美國Mobil公司與意大利ESSO公司都曾利用結(jié)晶硅酸鹽催化劑進行氣相脫水制備23化劑。據(jù)稱該催化劑是一種具有特殊表面積和孔體積的γ一A1O23了甲醇制D卜任的新工DME技術(shù)己經(jīng)成熟，具備工業(yè)化的條件，可作為DME的生產(chǎn)方法。(二)合成氣直接合成二甲醚傳統(tǒng)的DME生產(chǎn)方法，一直采用兩個截然不同的步驟。即甲醇的合成與甲醇脫水。為了開發(fā)操作簡單、成本低而又可連續(xù)生產(chǎn)DME的新方法，人們曾用合成氣直接制取二甲醚。主要反應(yīng)構(gòu)成如下:2333322222332該工藝實質(zhì)上是把合成甲醇及甲醇脫水同步反應(yīng)合并在一個反應(yīng)器內(nèi)，其關(guān)鍵是選擇高活性及高選擇性的雙功能催化劑。一步法又分為二相法和三相法。國外自80年代后對此研究較多，較為典型煤化所等均在研究一步法生產(chǎn)工藝。目前國外己開發(fā)成功的有二種方法:(l)托普索公司的固定床氣相反應(yīng)法，在反應(yīng)器之間用冷卻器取熱，催化劑在高溫下有高穩(wěn)定性和高選擇性;(2)美國空氣和化學(xué)品公司的液相淤漿床反應(yīng)器(氣、固、液三相合成)方法，有中試(10噸/天)及工8、9月份完成中試。大連化物所開發(fā)的是二相固定床一步合成二甲醚工藝(采用管殼反應(yīng)器)，已完成理工大學(xué)進行的是氣、固、液三相一步法合成工藝研究，已完成小試，未進行中試，現(xiàn)希望與有關(guān)單位合作進行中試研究。清華大學(xué)進行的是三相淤漿床一步法合成反應(yīng)器的研究，己完成小試，正籌備中試。南京大學(xué)主要研究二甲醚的反應(yīng)機理，產(chǎn)品主要應(yīng)用于冶金工業(yè)的添加劑、抗氧劑等。lh22了研究。用自制的銅基雙功能催化劑在一定的反應(yīng)條件下，合成氣中CO轉(zhuǎn)化率可達90%，DME在有機產(chǎn)物中的選擇性>95%。該催化劑的制備已申請專利(申請品公司完成了一項由合成氣直接合成二甲醚的新技術(shù)，采用淤漿反衡條件的影響，使得單程轉(zhuǎn)化率提高。另外，用惰性漿液的返混流動，吸收化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，保CO含量較高的煤基合成氣。丹麥Lyngby在一套50kg/d中試裝置中完成12000h操作之后，、方便操作與維護的原則對工藝流程進行合理優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上設(shè)計10萬噸/二甲醚生產(chǎn)裝置的工藝流參見20萬噸/二甲醚生產(chǎn)裝置帶物料點工藝流程圖(圖3-1)(PFD)20萬噸/二甲醚生產(chǎn)裝置物料平衡表料甲醇氣氣相甲醇原料甲醇(甲醇氣相脫水)在DME合成反應(yīng)器中產(chǎn)生的反應(yīng)如下所示:3332DME反應(yīng)器是絕熱軸流式固定床反應(yīng)器。在反應(yīng)器中約80%的甲醇被轉(zhuǎn)化為二甲醚，而且二甲(3)合成氣冷卻反應(yīng)器出口氣中含有DME，它在進出氣換熱器中通過工藝氣體冷卻，接著在甲醇蒸餾塔底部通器操作壓力不宜太高，而二甲醚精餾塔在較高壓力操作時DME的損失較小，基于上述原因，二甲醚合成系統(tǒng)壓力控制略高于二甲醚精餾系統(tǒng)。(4)二甲醚精餾過精餾塔加熱器的蒸汽流量控制完成，在DME精餾塔中DME與甲醇和水分開，一二甲醚產(chǎn)品從精餾塔頂部回收，而甲醇和水一起從塔底去除，并為原料甲醇提供預(yù)熱熱源。含有DME的頂部氣體在二甲醚冷凝器中被大部分冷凝下來，然后送入二甲醚塔回流罐中，在二二甲醚回流罐中分離的液體被二甲醚回流泵加壓，并被分成精餾塔回流液和DME產(chǎn)品，產(chǎn)品二甲醚被送出界區(qū)貯存。緩沖槽內(nèi)。再沸負荷主要是由合成反應(yīng)氣來提供，不足部分由甲醇塔加熱器E108的蒸汽來補充。頂部甲醇蒸汽在甲醇冷凝器(Ell0)的冷卻水冷凝，然后通過甲醇回流泵返回二甲醚合成系統(tǒng)，部常溫含水粗甲醇作為本工藝流程的原料，由往復(fù)泵定量輸送至合成工序的汽化塔進行汽化提純，4并由液態(tài)轉(zhuǎn)化成飽和氣態(tài)，再進入電加熱爐過熱至250℃以上溫度，過熱后的甲醇原料蒸汽以逆流方-450℃之間，一次轉(zhuǎn)化率不小于75%)，反應(yīng)產(chǎn)物中包括有二甲醚、水以及未反應(yīng)的甲醇蒸汽。反應(yīng)量副反應(yīng)氣體如CH體稀甲醇混合物經(jīng)冷卻后進入粗甲醇中間罐進行貯存。離，塔頂分餾出精甲醇組分，塔底分離出廢水，精甲醇蒸汽被循環(huán)水冷卻成常溫精甲醇液體，經(jīng)計量后進入回收甲醇中間罐。再經(jīng)計量后由工藝管道輸送至往復(fù)泵進口循環(huán)使用，甲醇回收塔底廢水中甲醇含量小于0.025%，經(jīng)冷卻稀釋后直接輸送鍋爐房作為脫硫除塵補充循環(huán)水。能利用較好，操作簡易方國內(nèi)制造而不需進口，項123水分C3本設(shè)計產(chǎn)品二甲醚可用作替代燃料或氣霧劑等化工原料，目前燃料級二甲醚尚未頒布國家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計產(chǎn)品工藝指標(biāo)可參照表(3-1)初餾塔：塔頂二甲醚純度≥95%，釜液二甲醚含量≤0.5%；甲醇純度≥98%，廢水中甲醇含量≤0.5%合成塔中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為放熱反應(yīng)。所用沸石型酸性氧化鋁分子篩為φ=3mm，L=5~8mm白色顆粒狀，堆積體積密度≤0.7t/m3，具有良好的化學(xué)性質(zhì)及足夠的撞擊強度與耐磨強度，對于甲醇縮水生成二甲醚的工藝過程，該催化劑的催化活性、選擇性、與穩(wěn)定性均顯示出了優(yōu)異的經(jīng)濟指標(biāo)，在再生該型催化劑在制備過程添加少量稀土元素，無有毒重金屬組份。因此粉碎或廢棄的分子篩可就地填埋或送催化劑配制公司回收處理[1]。4.1汽化塔及其附屬設(shè)備的計算選型4.1.1物料衡算FDWCHOHHOCHOCH3233進料平均相對分子質(zhì)量M=83.50%×32.04+16.50%×18.02=29.73kg/kmol平均總物料FDW4.7根據(jù)汽液平衡表(即x-y-t表)，利用內(nèi)插法求塔頂溫度t、t，塔釜溫度t，進料液溫度tLDVDWFLDVDWtF 68.070.0=t68.0Ft=68.25℃由圖(圖略)可知進料平衡曲線為不正常平衡曲線，為減小誤差，用作圖法求最小回流比Rmin由點a(x,x)向平衡線作切線，交軸于b(0，29.22)，即精餾操作線截距xD=20.62，所以DDR+1 R+1min甲甲醇-水混合液的t-x圖102030405060708090100液相甲醇(%))%(醇甲相氣0a=yxAB=y(1x)=1yx(1y)xBByxy(1x)a=AB==2yx(1y)xBB a+a7.05+1.64a=12==4.3522(1)加熱介質(zhì)和冷卻劑的選擇本設(shè)計選用1.2Mpa(溫度為187.8℃)的飽和水蒸氣作為加熱介質(zhì)，水蒸氣易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜加以選用。受當(dāng)?shù)貧鉁叵拗?，冷卻水一般為10-25℃。本(2)冷凝器的熱負荷及冷卻介質(zhì)消耗量冷凝器的熱負荷Q=(R+1)D(I一I)CVDLD其中I——塔頂上升蒸汽的焓；I——塔頂餾出液的焓。VDLDVDLDDV甲DV水其中H——甲醇的蒸發(fā)潛熱；H水的蒸發(fā)潛熱V甲V水其中T——對比溫度。r蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系：H=H(r2其中T——對比溫度。r2r蒸發(fā)潛熱H/(kcal·kmol-1)rT/K水由沃森公式計算塔頂溫度下的潛熱r65.18℃時，對甲醇：T=2==0.660r2T512.6CT=1==0.659C對水，同理得T=0.523，T=0.576r2r1對于全凝器作熱量衡算(忽略熱損失)，選擇泡點回流，因為塔頂甲醇含量很高，與露點相接近，所VDLDD甲D水代入數(shù)據(jù)得VDLDc冷卻劑的消耗量W=QC=31181945.97=2078796.398kg/hpc21(3)加熱器的熱負荷及全塔熱量衡算甲醇甲醇p1p1 p1p1p1p1水 C1水p1LDFp2LDFtp1WFp2WFpp1DD68.25pp1Wp2W68.25ppW68.25pp對全塔進行熱量衡算Q+Q=Q+Q+QFSDWC為了簡化計算，以進料焓，即68.25℃時的焓值為基準(zhǔn)做熱量衡算SDWCF塔釜熱損失為10%，則η=0.9，則Q=QS=3.12107=3.47107kcal/hSn0.9Q——加熱器理想熱負荷；SDSQ量。Wr水蒸氣W=shHr水蒸氣=3.47107QCWCQFQDQWSWh04.1.3理論板數(shù)、塔徑、填料選擇及填料層高度的計算(1)理論板數(shù)的計算由于本次設(shè)計時汽化塔的相對揮發(fā)度是變化的，所以不能用簡捷法求得，應(yīng)用圖解法。精餾段操作線方程為y=x+截距連接(x,x),(0,xD)與q線交于d點，連接(x,x)與d點，得提餾段操作線，然后由平衡線與DDR+1WW(2)填料的選擇料塔的性質(zhì)。目前，填料的開發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個方面進行。(3)塔徑設(shè)計計算條件：和水的密度溫度/℃50水表14查化工工藝設(shè)計手冊整理得甲醇-水特殊點粘度粘度(mPa.s)水塔頂、塔底、進料條件下的流量及物性參數(shù)：符號 MLDM LDpLD流量D.1摩爾/.1)LD數(shù)值MMpp LW流量質(zhì)量/.1摩爾/.1)LWVWVWLWM LFM pLF LF流量質(zhì)量/.1摩爾/.1)3餾段及提餾段的流量及物性參數(shù)：數(shù)據(jù)結(jié)果表VLVLa2a2LLG(公式來源于《常用化工單元設(shè)備設(shè)計》李功樣等編P109，數(shù)據(jù)來源于化學(xué)工程師手冊[4]P917和湖GLL代入式中求解得u=3.37m/sft+t68.25+65.18空塔氣速u=0.6u=0.6×3.37=2.022m/s,t=FVD==66.72℃f22考慮到市場的需求存在波動性,設(shè)計中選取四個塔，則每個塔的體積流量:V,=V=7.14m3/sss則塔徑mVL代入數(shù)值得u,=4m/s空塔氣速u=0.6u,=2.4m/sfft+t68.25+99.622222于是V,=V=7.5m3/ss4s4V,4根7.5Nm(4)填料層高度的計算VVo(p)0.5112626.56(1.118)0.5uvp/744.741.118HETP=0.5m，則Z=N·HETP=26×0.5=13m精T精餾段總壓降精精o(p)0.5102292.08(0.84)0.5u20v(p)1.422根290根969.38/854.830.84查得P/Z=369.81Pa/mZ=N·HETP=4×0.5=2m提T提提精提填料總高度Z=Z+Z=13+2=15m精提19填料層高度和壓強降計算匯總表24.1.4汽化塔附屬設(shè)備的選型計算(1)甲醇回流冷凝器選用管殼式冷凝器，被冷凝氣體走管間，以便于及時排出冷凝液，采用逆流換熱。t35℃←20℃Q31181945.971.1622/4A=C==348.9m2K.t70037.10m(2)塔底再沸器選用U型管加熱器，經(jīng)處理后，放在塔釜內(nèi)，蒸汽選擇1.2MPa(187.8℃)飽和水蒸氣，傳熱系數(shù)lhS參數(shù)匯總表氣相摩爾流量(kmol/h)液相摩爾流量(kmol/h)氣相質(zhì)量流量(kg/h)液相質(zhì)量流量(kg/h)氣相平均密度(kg/m3)液相平均密度(kg/m3)mPas4.2合成塔及其附屬設(shè)備的計算選型由反應(yīng)式2CHOH=CHOCH+HO其單程轉(zhuǎn)化率為80%，DME選擇性≥99%333212Vm3熱量衡算及附屬設(shè)備的選型計算(1)合成反應(yīng)熱的計算：查天大四版物理化學(xué)上冊[11]附錄得，rBmrQQQkJhiDC2DCOir損ppt35℃←20℃合成塔的出口溫度為to==290.1℃t90℃←65.01℃mln(t2/t1)ln290.190pgp1p換熱器面積 (3)第二熱交換器的計算選型：原料液溫度由常溫25℃加熱到汽化塔進料溫度68.25℃，第一熱交t68.25℃←25℃ tt(26068.25)(17025)t=21==167.29℃cppp2pm(4)第一冷凝器的計算選型：熱流體進口溫度170℃，出口溫度100℃；冷凝水的進口溫度20℃，1rT/KC水(1-T)0.38r2r1(1-T)r1r22C可以看出不能用沃森公式推算，結(jié)合化工工藝手冊乙醚在140℃下的蒸發(fā)潛熱，可估算二甲醚在此溫rr22Cr11C對甲醇，同理得T=0.796，T=0.659r2r1于是混合液的汽化潛熱編H可由下式計算，rr取該條件下混合液體的比熱容c=6.5kJ/(kg·℃)，則交換熱量為p3rp(5)第二冷凝器的計算選型t35℃←20℃rr甲醇r水假設(shè)第一冷凝器的冷凝效率為80%，于是混合液的汽化潛熱H可由下式計算rrpph4rp則換熱面積為m4.3精餾塔及其附屬設(shè)備的計算選型Atxy甲醚、甲醇的Antoine方程常數(shù)查自化學(xué)工程師00FF4.3.1物料衡算F用泡點進料q=1，由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法求得進料溫度為 ABBAF流量(kmol/h)物流(kmol/h)精餾段上升蒸汽量V提餾段上升蒸汽量V,精餾段下降液體量L提餾段下降液體量L,(1)由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法可求塔頂溫度t、塔底溫度t、泡點溫度t,DWDDWDDTDp1(6)進料口的焓QFp2pDp1Dp2DWp1p2KpWp1Wp2WD121D2D注：數(shù)據(jù)來源于化工工藝設(shè)計手冊[3]2-8191D2D(2)塔頂以0℃為基準(zhǔn)，0℃時塔頂上升氣體的焓值為QVVpD(3)回流液的焓Qp1pp1Dp2DRpD(4)餾出液的焓QDpDpD(5)冷凝器消耗QCCVRDFp1p2pp1Fp2FFpF(7)塔底殘液焓QWWpW(8)再沸器(全塔范圍列衡算式)設(shè)再沸器損失能量Q=0.1Q損BBFCW損DBCWDFBDWmDWN-N進料液的相對揮發(fā)度為a=1.63mDFminL(1-xD)(xF)」m的設(shè)計計算1aa1aa1aa表31二甲醚和甲醇在不同溫度下的密度(查自于化學(xué)工程師手冊[4]和化工工藝設(shè)計手冊[3])DWt=56.21F(1)塔頂條件下的流量和物性參數(shù)11pppLL12gm(2)塔底條件下的流量和物性參數(shù)1W2W=1+2p=727.08kg/m3pppLL123(3)進料條件下的流量和物性參數(shù)31F2F =1+2p=660kg/m3，V=V=268.94245.08=12123.9kg/hpppL22L1222(4)精餾段的流量和物性參數(shù)V22L22(5)提餾段的流量和物性參數(shù)V22L22(6)體積流量sS22S22選用500(BX)型波紋填料。(1)精餾段塔徑計算FVLL表25查文獻[4]計算得二甲醚、甲醇的特殊點的粘度/cPttDtWttFVLLLFLDFFS于是得D=S=(2)提餾段塔徑計算VLLLFLWsFFS于是得D=S=V1V2m12算(1)冷凝器t30℃←25℃(2)再沸器WAB=AB==26.15m2精餾塔主要工藝參數(shù)匯總表表液相摩爾流量(kmol/h)氣相質(zhì)量流量(kg/h)液相質(zhì)量流量(kg/h)氣相平均密度(kg/m3)液相平均密度(kg/m3)4.4回收塔及其附屬設(shè)備的計算選型回收塔的原料液來源于汽化塔、初餾塔、精餾塔的釜殘液，一同進入回收塔進行精餾回收甲醇，作為原料液回收循環(huán)利用，這無論是在經(jīng)濟上還是環(huán)保上都是需要的。FF甲醇水x=98/32.04=96.50%，x=0.5/32.04=0.2818%D98/32.04+2/18.02W0.5/32.04+99.5/18.02DFF進料平均相對分子質(zhì)量M2塔頂產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量塔釜產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量13=F亭t=51.35℃ABAB表27甲醇-水平衡時的t、x、y數(shù)據(jù)(查化學(xué)工程師手冊[4]用安托尼方程計算得出和化工原理附錄)p0/KPaAp0pB00物料流量(kmol/h)組成物料物流(kmol/h)精餾段上升蒸汽量V精餾段下降液體量L提餾段下降液體量Lp(1)由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法可求塔頂溫度t、塔底溫度t、泡點溫度tpDWDDWDDp1p2pDp1Dp2DWp1p2pWp1Wp2WD121D2D注：查于化工工藝設(shè)計手冊[10]2-8191(2)塔頂以0℃為基準(zhǔn)，0℃時塔頂上升氣體的焓值為QVVpD(3)回流液的焓Qpp2pp1Dp2DRpD(4)餾出液的焓QDKpDpD(5)冷凝器消耗QCCVRD(6)進料口的焓QFFp1p2pp1Fp2FFpF(7)塔底殘液焓QWWpW(8)再沸器(全塔范圍列衡算式)設(shè)再沸器損失能量Q=0.1Q損BBFCW損DBCWDFB4.4.3理論塔板數(shù)的計算DWmDW進料液的相對揮發(fā)度為a=4.412mmDFminL(1一xD)(xF)」m的設(shè)計計算表30甲醇和水在不同溫度下的密度(查自于化工工藝設(shè)計手冊和化工原理附錄)DWF(1)塔頂條件下的流量和物性參數(shù)11L12(2)塔底條件下的流量和物性參數(shù)3L123(3)進料條件下的流量和物性參數(shù)23L122(4)精餾段的流量和物性參數(shù)V22L22222(5)提餾段的流量和物性參數(shù)V22L22V=V=3118.84kg/h22(6)體積流量塔頂：V=V1=5152.746=5.7m3/s塔底：V=V3=2949.56=6.254m3/ss1p0.2513600s3p0.1313600進料：V=V2=3288.12=6.13m3/ss2p0.149360022精餾段：V=s1s2=S2V+V提留段：V=s2s3=S24.4.5塔徑設(shè)計計算r堆積pr填料因子金屬拉西環(huán)(1)精餾段VLXVVLX