年產(chǎn)30萬(wàn)噸二甲醚裝置分離精餾工段的設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)3.0萬(wàn)噸二甲醚裝置分離精餾工段的設(shè)計(jì) 學(xué) 院：化學(xué)與生物工程學(xué)院 專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝年產(chǎn)3.0萬(wàn)噸二甲醚裝置分離精餾工段的設(shè)計(jì)摘 要隨著社會(huì)的發(fā)展，能源問(wèn)題日益成為人們所關(guān)注的熱門話題，二甲醚作為燃料可代替液化石油氣成為可能。二甲醚的合成技術(shù)來(lái)源主要有甲醇脫水法和一步直接合成法，甲醇脫水法有甲醇液相脫水法和甲醇?xì)庀嗝撍?。相比于甲醇合成法，一步合成法具有流程短、投資省、能耗低且可獲得較高的單程轉(zhuǎn)化率的優(yōu)點(diǎn)。制取二甲醚的最新技術(shù)是從合成氣直接制取，相比較甲醇脫水制二甲醚而言，一步法合成二甲醚因?yàn)轶w系存在有未反應(yīng)完的合成氣以及二氧化碳，要得到純度較高的二甲醚，分離過(guò)程比較復(fù)雜。合成氣法現(xiàn)

2、多采用漿態(tài)床反應(yīng)器,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于移出反應(yīng)熱,易實(shí)現(xiàn)恒溫操作，它可直接利用CO含量高的煤基合成氣,還可在線卸載催化劑。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)分離中的精餾工序進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，分離二甲醚、甲醇和水三元體系。一步反應(yīng)后產(chǎn)物分為氣液兩相，氣相產(chǎn)物二甲醚被吸收劑吸收后送入解吸裝置，液相甲醇、水進(jìn)入甲醇分離系統(tǒng)對(duì)甲醇進(jìn)行提純，以便甲醇的再循環(huán)，部分二甲醚根據(jù)要求的純度，從第二精餾塔加入。在設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及到二甲醚分離塔的工藝計(jì)算包括物料衡算、熱量衡算、操作條件等；設(shè)備的計(jì)算包括塔板數(shù)、塔高、塔徑等；還有附屬設(shè)備主要是換熱器和泵的設(shè)計(jì)與選型。最后再通過(guò)流體力學(xué)演算證明各指標(biāo)數(shù)據(jù)是否符合標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：二甲醚 合成 分離

3、 三元體系 精餾Annual output of 30,000 tons of dimethyl ether distillation section in the design of separation device AbstractWith the development of society, the energy problem has become the hot topic of concern, two ether as fuel can replace liquefied petroleum gas become possible. Two ether synthesis t

4、echnology the main source of methanol dehydration method and one-step direct synthesis, methanol dehydration of methanol liquid-phase dehydration and methanol gas dehydration. Compared to methanol synthesis, one step synthesis method has short technological process, saving investment, low energy con

5、sumption and can obtain higher one-way conversion advantages. Preparation of two methyl ether of the latest technology is directly prepared from synthesis gas, methanol dehydration to dimethyl ether is two, one step synthesis of two methyl ether because the system has not full reaction synthesis gas

6、 and carbon dioxide, to obtain high purity two ether separation process is more complex. Synthesis gas method is now adopted a slurry bed reactor, which has the advantages of simple structure, convenient from the reaction heat, easy to realize constant temperature operation, it can be directly used

7、in high CO content in coal based syngas, also available online unloading catalyst. This design is mainly for the separation of distillation process for process design, separation of two methyl ether, methanol and water three element system of. One step reaction product is divided into gas-liquid two

8、 phase, gas phase product two ether is absorbent to desorption device, liquid phase methanol, water enters into a methanol separation system for methanol purification, so that recycling part two ether methanol, according to the requirements of the purity, from the second distillation column to join.

9、 In the design process involves two ether separation process calculation including material balance, heat balance, the operation condition of equipment; calculated including plate number, tower, tower diameter; and ancillary equipment is the main heat exchanger and pump selection and design. Finally

10、, through the fluid mechanics calculation of the index data are consistent with the standard of proof. Keywords: DME synthesis separation ternary system distillation目 錄 第一章 緒論一、概述（一） 設(shè)計(jì)規(guī)模及設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)規(guī)模：年產(chǎn)3萬(wàn)噸的二甲醚分離精餾裝置。2、設(shè)計(jì)要求：操作壓力0.2MPa（約兩個(gè)大氣壓），飽和液體進(jìn)料，連續(xù)進(jìn)料操作，年開(kāi)工時(shí)數(shù)8000小時(shí)。原料采用工業(yè)級(jí)甲醇（甲醇含量99.5wt%，水含量0.5wt%），

11、二甲醚分離塔進(jìn)料中含二甲醚49wt%，產(chǎn)品中二甲醚的含量99wt%。（二） 產(chǎn)品性質(zhì)及用途1、 二甲醚性質(zhì)二甲醚是最簡(jiǎn)單的脂肪醚。它是二分子甲醇脫水縮合的衍生物。 可以用作氣霧劑的拋射劑、制冷劑、發(fā)泡劑。高濃度的二甲醚可用作麻醉劑。主要由合成甲醇生產(chǎn)中的副產(chǎn)獲得。單獨(dú)小規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，可采用甲醇催化脫水方法。有液相法和氣相法兩種：液相法是加熱硫酸與甲醇混合物；氣相法是將甲醇蒸氣通過(guò)氧化鋁催化劑（也可用ZSM5型分子篩作為催化劑）。二甲醚主要作為甲基化劑和生產(chǎn)二甲基苯胺、硫酸二甲酯等的原料，二甲醚（分子式：CH3OCH3，DME）又也可用于制取甲醛和合成汽油。是一種重要的有機(jī)化工產(chǎn)品和化學(xué)中間體。

12、（1）二甲醚的物理性質(zhì)：二甲醚亦稱甲醚，英文dimethylether，英文縮寫DME，化學(xué)分子式(CH3OCH3)，分子量為46.07，是重要的甲醇衍生物，沸點(diǎn)-24，凝固點(diǎn)-140。二甲醚是一種含氧有機(jī)化合物，溶于水，在大氣中可以降解，屬于環(huán)境友好型物質(zhì)。二甲醚在常溫下是一種無(wú)色氣體，具有輕微的醚香味。二甲醚無(wú)腐蝕性、無(wú)毒，在空氣中長(zhǎng)期暴露不會(huì)形成過(guò)氧化物，還具有優(yōu)良的混溶性，能同大多數(shù)極性和非極性有機(jī)溶劑混溶。在100ml水中可溶解3.700ml二甲醚氣體，且二甲醚易溶于汽油、 四氯化碳、丙酮、氯苯和乙酸甲酯等多種有機(jī)溶劑，加入少量助劑后就可與水以任意比互溶。燃燒時(shí)火焰略帶光亮。（2）二

13、甲醚的化學(xué)性質(zhì)：作為一種重要的化學(xué)中間體，二甲醚在催化劑存在下與苯發(fā)生烷基化反應(yīng)。與一氧化碳反應(yīng)生成乙酸甲酯；同系化反應(yīng)還可以生成乙酸乙酯、乙酸酐。與二氧化碳反應(yīng)生成甲氧基乙酸。與發(fā)煙硫酸或三氧化硫反應(yīng)生成硫酸二甲酯。與氰化氫反應(yīng)生成乙腈。（3） 二甲醚的危險(xiǎn)特性：二甲醚為易燃?xì)怏w，與空氣混合能形成爆炸性混合物。接觸熱、火星、火焰或氧化劑易燃燒爆炸。接觸空氣或在光照條件下可生成具有潛在爆炸危險(xiǎn)性的過(guò)氧化物。氣體比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會(huì)引著回燃。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開(kāi)裂和爆炸的危險(xiǎn)。 （4）二甲醚的毒性：二甲醚的毒性很低，氣體有刺激及麻醉作用的特性，通過(guò)吸入或皮膚吸

14、收過(guò)量的此物品，會(huì)引起麻醉，失去知覺(jué)和呼吸器官損傷，長(zhǎng)期接觸使皮膚發(fā)紅、水腫、生皰。濃度為7.5%（體積）時(shí)，吸入12分鐘后僅自感不適。濃度到8.2%（體積）時(shí)，21分鐘后共濟(jì)失調(diào)，產(chǎn)生視覺(jué)障礙，30分鐘后輕度麻醉，血液流向頭部，濃度為14%（體積）時(shí)，經(jīng)23分鐘引起運(yùn)動(dòng)共濟(jì)失調(diào)及麻醉，經(jīng)26分鐘失去知覺(jué)，皮膚接觸甲醚時(shí)易凍傷?？諝庵性试S濃度為400ppm。二甲醚的物理性質(zhì)見(jiàn)表1-1 項(xiàng)目數(shù)值項(xiàng)目數(shù)值沸點(diǎn)（101.325kPa）/24.9蒸汽壓（20）/MPa0.53閃電（開(kāi)杯法）/41.5燃燒值（氣壓）/(kJ/mol)1455熔點(diǎn)/141.4生成熱（氣態(tài)）/（kJ/mol）185.5密度（

15、20/）/（g/ml）0.661熔融熱/kJ/mol107.3臨界壓力/MPa5.32蒸發(fā)熱/(kJ/mol)467.4臨界溫度/128.8生成自由能/(kJ/mol)114.3臨界密度/(g/ml)0.21725熵/J/(molK)266.8自燃溫度/350蒸氣密度/(kg/m3)1.918361.9173表1-1 二甲醚的物理性質(zhì)2、 二甲醚的用途（1）用作燃料 二甲醚可替代液化石油氣(LPG)作為燃料。它具有較高的十六烷值，液化后可以直接作為汽車燃料，其燃燒效果比甲醇燃料好。它不但具有甲醇燃料的所有優(yōu)點(diǎn)，還克服了其低溫啟動(dòng)性和加速性能差的缺點(diǎn)。由于二甲醚自身含氧，組分單一，碳鏈短，可實(shí)現(xiàn)

16、無(wú)煙高效燃燒，并可降低噪音。汽車尾氣不需要催化轉(zhuǎn)化處理，就能滿足美國(guó)加利福尼亞洲有關(guān)汽車超低排放尾氣的標(biāo)準(zhǔn)。而且，現(xiàn)有的柴油車發(fā)動(dòng)機(jī)只需略加改裝就可燃用二甲醚燃料，且運(yùn)行性能不會(huì)受到損害。二甲醚在常溫常壓下為無(wú)色無(wú)味氣體,在一定壓力下為液體,其液化氣與LPG性能相似,貯存于液化氣鋼瓶中的壓力為1.35M Pa,小于LPG壓力(1.92M Pa),因而可以代替煤氣、石油液化氣用作民用燃料。二甲醚液化氣作為民用燃料有一系列優(yōu)點(diǎn)：二甲醚自身含氧,碳鏈短,燃燒性能良好,燃燒過(guò)程中無(wú)黑煙,燃燒尾氣符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),其熱值比柴油和液化天然氣低,但比甲醇高。二甲醚液化氣在室溫下壓力符合現(xiàn)有LPG要求,可用現(xiàn)有的

17、LPG氣罐集中統(tǒng)一盛裝,儲(chǔ)運(yùn)安全,組成穩(wěn)定,無(wú)殘液,可完全利用;與LPG灶基本通用,使用方便,不需預(yù)熱,隨用隨開(kāi)。二甲醚可按一定比例摻入液化氣中和液化氣一起燃燒,可使液化氣燃燒更加完全,降低析碳量,并降低尾氣中的一氧化碳和碳?xì)浠衔锖?二甲醚還可摻入城市煤氣或天然氣管道系統(tǒng)中作為民用燃料混燒,不僅可解決城市煤氣高峰時(shí)氣量不足的問(wèn)題,而且還可以改善煤氣質(zhì)量,提高熱值?？傊?二甲醚在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用等方面比LPG更安全。因此二甲醚代替LPG作為優(yōu)良的民用潔凈燃料,具有廣闊的前景。二甲醚液化后還可以直接用作汽車燃料,是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的理想替代燃料。因?yàn)槎酌讶剂暇哂懈叩氖橹?5055),比甲醇燃料

18、具有更好的燃燒效果,而且沒(méi)有甲醇的低溫啟動(dòng)性和加速性能差的缺點(diǎn)。二甲醚燃料高效率和低污染,可實(shí)現(xiàn)無(wú)煙燃燒,并可降低噪音和減少氮氧化物的排放。（2） 用作氯氟烴的替代品二甲醚作為氯氟烴的替代物在氣霧劑制品中顯示出其良好性能。如：不污染環(huán)境,與各種樹(shù)脂和溶劑具有良好的相溶性,毒性很微弱,可用水或氟制劑作阻燃劑等。二甲醚還具有使噴霧產(chǎn)品不易受潮的特點(diǎn),并且其生產(chǎn)成本低、建設(shè)投資少、制造技術(shù)不太復(fù)雜,被人們認(rèn)為是一種新一代理想氣霧劑用推進(jìn)劑。而且二甲醚對(duì)金屬無(wú)腐蝕、易液化,特別是水溶性和醇溶性較好,作為氣霧劑具有雙重功能，作為推進(jìn)劑和溶劑,還可降低氣霧劑中乙醇及其它有機(jī)揮發(fā)物的含量,減少對(duì)環(huán)境的污染。

19、目前在國(guó)外,二甲醚在民用氣溶膠制品中已是必不可少的氯氟烴替代物。國(guó)內(nèi)氣霧劑產(chǎn)品有一半用二甲醚作拋射劑。（3） 用作化工原料二甲醚是一種重要的化工原料,可用來(lái)合成許多種化工產(chǎn)品或參與許多種化工產(chǎn)品的合成。二甲醚作烷基化劑,可以用來(lái)合成N,N-二甲基苯胺、硫酸二甲酯、烷基鹵以及二甲基硫醚等。作為偶聯(lián)劑,二甲醚可用于合成有機(jī)硅化合物、制作高純度氮化鋁二氧化鋁二氧化硅陶瓷涂料。二甲醚與水、一氧化碳在適當(dāng)條件下反應(yīng)可生成乙酸,羰基化后可制得乙酸甲酯,同系化后生成乙酸乙酯,另外還可用于醋酐的合成。二甲醚還可合成氫氰酸、甲醛等重要化學(xué)品。二甲醚與環(huán)氧乙烷反應(yīng),在鹵素金屬化合物和H3BO3的催化作用下,在50

20、55時(shí)生成乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚的混合物,其主要產(chǎn)物乙二醇二甲醚是重要溶劑和有機(jī)合成的中間體。二甲醚也是一種有機(jī)中間體，它可以羰基化制乙酸甲酯、乙酐，也可作為甲基化試劑用于醫(yī)藥、農(nóng)藥與燃料合成，與發(fā)煙硫酸或三氧化硫反應(yīng)生產(chǎn)硫酸二甲酯。此外，二甲醚還是一種優(yōu)良的有機(jī)溶劑。二甲醚裂解生成乙烯，是天然氣制乙烯三步法的主流工藝，屬于費(fèi)托法合成燃料工藝路線。因此，它是未來(lái)乙烯工業(yè)的優(yōu)良原料。（4）用作化工產(chǎn)品 自噴式日化用品如氣溶膠和噴發(fā)膠，大多數(shù)還是用氯氟烴作推進(jìn)劑。而氯氟烴對(duì)臭氧層有破壞作用，所以要用對(duì)環(huán)境無(wú)害的推進(jìn)劑來(lái)代替氯氟烴。由于二甲醚的溶解性能與氯氟烴相

21、近，用二甲醚或其與丙烷或丁烷的混合物作推進(jìn)劑取代氯氟烴勢(shì)在必行。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)眾多生產(chǎn)氣霧殺蟲劑、噴塑涂料的廠家已經(jīng)在逐步改用二甲醚作為氣霧拋射劑。 （四）技術(shù)來(lái)源 1、 合成技術(shù)DME的制備主要有甲醇脫水法和合成氣一步法兩種。與傳統(tǒng)的甲醇合成二甲醚相比，一步法合成二甲醚工藝經(jīng)濟(jì)理加合理，在市場(chǎng)更具有競(jìng)爭(zhēng)力，正在走向工業(yè)化。其中漿態(tài)床一步法合成二甲醚克服了傳統(tǒng)固定床的缺點(diǎn)。以下為各種方法的簡(jiǎn)單介紹：(1) 甲醇脫水法甲醇液相脫水法（硫酸法工藝）傳統(tǒng)生產(chǎn)二甲醚的方法是以甲醇為原料，在濃硫酸的催化作用下，生成硫酸氫甲酯，硫酸氫甲酯再與甲醇反應(yīng)生成二甲醚。其反應(yīng)式：CH3OH+H2SO4CH3HSO4+H

22、2OCH3HSO4+CH3OHCH3OCH3+H2O該反應(yīng)的特點(diǎn)是反應(yīng)溫度低（130160)，選擇性及轉(zhuǎn)化率均大于90%, 可間歇或連續(xù)生產(chǎn)，投資少，操作簡(jiǎn)單。但由于濃硫酸對(duì)甲醇的碳化作用較大，催化劑的使用周期短，同時(shí)脫除反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的殘酸和廢水，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重；中間體硫酸氫甲酯毒性較大，危害人體健康。傳統(tǒng)工藝的生產(chǎn)規(guī)模都相對(duì)較小。上海石油化工研究院在傳統(tǒng)的甲醇液相脫水裝置上，通過(guò)將反應(yīng)與分離操作合成一體，有效地抑制了有機(jī)物的碳化。同時(shí)，硫酸不受損耗而被封閉在反應(yīng)器中供長(zhǎng)期使用（首次使用時(shí)間達(dá)6年多），大大降低了生產(chǎn)成本，減少了污染。甲醇?xì)庀嗝撍ㄓ脷庀嗉状济撍ㄖ迫《酌训姆椒ǎ浠驹?/p>

23、是在固定床催化反應(yīng)器中使甲醇蒸汽通過(guò)固體酸性催化劑（氧化鋁或結(jié)晶硅酸鋁），發(fā)生非均相反應(yīng)，甲醇脫水生成二甲醚，脫水后的混合物再進(jìn)行分離、提純，得到燃料級(jí)或氣霧劑級(jí)的二甲醚。反應(yīng)式：2CH3OHCH3OCH3+H2O該工藝成熟簡(jiǎn)單,對(duì)設(shè)備材質(zhì)無(wú)特殊要求，基本無(wú)三廢及設(shè)備腐蝕問(wèn)題，后處理簡(jiǎn)單。另外裝置適應(yīng)性廣，可直接建在甲醇生產(chǎn)廠，也可建在其他公用設(shè)施好的非甲醇生產(chǎn)廠。用該工藝制得的DME產(chǎn)品純度最高可達(dá)99,該產(chǎn)品不存在硫酸氫甲酯的問(wèn)題。但該方法要經(jīng)過(guò)甲醇合成、甲醇精餾、甲醇脫水和二甲醚精餾等工藝，流程較長(zhǎng)，因而設(shè)備投資大，產(chǎn)品成本較高，且受甲醇市場(chǎng)波動(dòng)的影響比較大。以此法生產(chǎn)的二甲醚做燃料，在

24、現(xiàn)有的液化天然氣和柴油市場(chǎng)價(jià)格下，還不具有競(jìng)爭(zhēng)力。 但國(guó)內(nèi)有專利報(bào)道，在較低溫度（100125)、常壓（00.05MPa）和新的催化劑作用下進(jìn)行脫水生產(chǎn)二甲醚氣體，較好地解決了酯化脫水、催化劑再生和反應(yīng)過(guò)程同步等技術(shù)問(wèn)題。上海石油化工研究院采用自行開(kāi)發(fā)的D-4型氧化鋁催化劑也取得了成功，并建2000t/a甲醇?xì)庀啻呋撍贫酌训墓I(yè)裝置，并于1995年開(kāi)車成功。該裝置的甲醇轉(zhuǎn)化率60%，二甲醚選擇性99%，催化劑使用壽命在6個(gè)月以上，產(chǎn)品規(guī)格可達(dá)到氣霧劑級(jí)的高純度二甲醚。表2列出了國(guó)內(nèi)外用氣相甲醇脫水法合成二甲醚的進(jìn)展情況。公司名稱催化劑型號(hào)反應(yīng)溫度，反應(yīng)壓力轉(zhuǎn)化率，%選擇性，%美國(guó)Mobi

25、l公司HZSM-5(硅酸鋁)200常壓8098日本三井公司Al2O374.299西南研究院ZSM-5200758598上海吳涇化工廠硅酸鹽粉狀結(jié)晶130200常壓85100上海石化院D-4氧化鋁催化劑表2國(guó)內(nèi)外用氣相甲醇脫水法合成二甲醚的工藝對(duì)比 (2) 一步法直接合成DME一步法是以合成氣為原料，在甲醇合成和甲醇脫水的雙功能催化劑上直接反應(yīng)生成DME。二甲醚合成反應(yīng)機(jī)理包括：甲醇合成（CO氫化作用）：CO + 2H2 CH3OH 90.4kJ/mol (1)甲醇脫水：2CH3OH CH3OCH3 + H2O 23.0kJ/mol (2)水煤氣轉(zhuǎn)換：CO + H2O CO2 + H2 41.0

26、kJ/mol (3)甲醇合成(CO2氫化作用)：CO2 + 3H2 CH3OH + H2O 49.4kJ/mol (4)總反應(yīng)：3CO + 3H2 CH3OCH3 + CO2 258.312kJ/mol (5)反應(yīng)式(1)中生成的CH3OH可以由反應(yīng)式(2)立即轉(zhuǎn)化為二甲醚；反應(yīng)式(2)中生成的H2O又可被反應(yīng)式(3)消耗；反應(yīng)式(3)中生成的H2又作為原料參與到反應(yīng)式(1)中，提高三個(gè)反應(yīng)式之間的“協(xié)同作用”。三個(gè)反應(yīng)相互促進(jìn)，從而提高了CO的轉(zhuǎn)化率。合成氣法現(xiàn)多采用漿態(tài)床反應(yīng)器,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于移出反應(yīng)熱,易實(shí)現(xiàn)恒溫操作。它可直接利用CO含量高的煤基合成氣,還可在線卸載催化劑。因此,漿態(tài)床

27、合成氣法制DME具有誘人的前景,將是煤炭潔凈利用的重要途徑之一。合成氣法所用的合成氣可由煤、重油、渣油氣化及天然氣轉(zhuǎn)化制得,原料經(jīng)濟(jì)易得,因而該工藝可用于化肥和甲醇裝置適當(dāng)改造后生產(chǎn)DME，易形成較大規(guī)模生產(chǎn);也可采用從化肥和甲醇生產(chǎn)裝置側(cè)線抽得合成氣的方法，適當(dāng)增加少量氣化能力，或減少甲醇和氨的生產(chǎn)能力,用以生產(chǎn)DME。中科院大連化物所近年來(lái)在合成氣一步法合成二甲醚方面研制出了性能良好的雙功能催化劑，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了固定床合成氣一步法合成二甲醚的新工藝。該工藝采用固定床反應(yīng)器，合成氣原料H2/CO比為12, CO/CO2比為1525，操作壓力2.54.0MPa，反應(yīng)溫度230300，原料合

28、成氣進(jìn)氣空速7001500h-1，所用催化劑為自制的金屬沸石催化劑。另外, 還開(kāi)展了甲烷化空氣催化氧化部分氧化制合成氣與含氮合成氣制二甲醚技術(shù)的研究，希望通過(guò)廉價(jià)氧源生產(chǎn)廉價(jià)合成氣，從而降低二甲醚合成的生產(chǎn)成本。 一步法合成二甲醚，特別是漿態(tài)床一步法合成二甲醚是目前新開(kāi)發(fā)的技術(shù)。與傳統(tǒng)甲醇脫水工藝相比，工藝裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于移出反應(yīng)熱，易于實(shí)現(xiàn)恒溫操作，可以使反應(yīng)與傳熱過(guò)程耦合，從而達(dá)到最佳反應(yīng)溫度，防止催化劑失活。它可直接利用CO含量高的煤基合成氣，還可在線裝卸催化劑，具有較高的CO單程轉(zhuǎn)化率和二甲醚產(chǎn)率，使二甲醚在成本上更具有優(yōu)勢(shì)。目前，該技術(shù)正處于小試及中試階段。2、 分離技術(shù)現(xiàn)階段，制

29、取二甲醚的最新技術(shù)是從合成氣直接制取，即一步合成法。相比較甲醇脫水制二甲醚而言，一步法合成二甲醚因?yàn)轶w系存在有未反應(yīng)完的合成氣以及二氧化碳，要得到純度較高的二甲醚，分離過(guò)程比較復(fù)雜。開(kāi)發(fā)中的分離工藝主要采用吸收和精餾等化工單元操作過(guò)程得到純度較高的二甲醚產(chǎn)品。一種分離工藝是一步反應(yīng)后產(chǎn)物分為氣液兩相，氣相產(chǎn)物被吸收劑吸收后送入解吸裝置，部分二甲醚根據(jù)要求的純度，從第二精餾塔加入。另一種工藝主要是液相產(chǎn)物進(jìn)入第一精餾塔，塔釜餾分進(jìn)入第二精餾塔，塔頂?shù)募状颊魵庖肭逑聪到y(tǒng)來(lái)洗滌氣相產(chǎn)物，將反應(yīng)產(chǎn)物與從第一精餾塔頂?shù)玫降酿s分混合，即為燃料級(jí)二甲醚。還有一種工藝是液相產(chǎn)物通過(guò)二步精餾，氣相產(chǎn)物與閃蒸氣

30、一起被吸收劑洗滌除去其中的二甲醚，含有二甲醚的吸收劑被送入第一個(gè)精餾塔。1.2二甲醚分離裝置流程圖1-1 工藝流程簡(jiǎn)圖反應(yīng)后的氣體6在溫度為200-300，壓力為1.5-1.6MPa，經(jīng)冷凝器1冷凝，冷凝溫度為40，大部分二甲醚蒸氣在此被冷凝，甲醇蒸氣也被冷凝。含有不凝氣體H2、CO、CO2和少量惰性氣體和CH4及未冷凝的二甲醚氣體的未凝氣體16經(jīng)減壓到0.6-4.8MPa，進(jìn)入吸收塔2下部，在2.0 MPa，在20-35下用軟水吸收，冷凝器1的底流產(chǎn)物粗二甲醚溶液7和吸收塔2的底流產(chǎn)物醚水溶液8進(jìn)入閃蒸罐3，閃蒸罐的溫度為40-100。閃蒸后的氣體9送入吸收塔2底部；閃蒸罐3底流產(chǎn)物純醚溶液

31、10，進(jìn)入二甲醚精餾塔4，塔頂產(chǎn)物為精二甲醚12；底流產(chǎn)物為粗甲醇溶液11。醚水溶液8進(jìn)入閃蒸罐3的壓力為0.1-0.9 MPa。閃蒸罐3底流產(chǎn)物純醚溶液10進(jìn)入二甲醚精餾塔4的溫度為80-150。二甲醚精餾塔4的壓力為0.15-2.2 MPa，塔頂溫度為20-90，塔釜溫度為100-200。二甲醚精餾塔4的底流產(chǎn)物粗甲醇溶液11進(jìn)入甲醇回收塔5，其底流產(chǎn)物為軟水13，塔側(cè)線產(chǎn)物為精甲醇14。高級(jí)醇濃集于精餾塔頂部塔板上側(cè)線采出。甲醇回收塔的壓力為0.1-0.8MPa，塔釜溫度為80-150，塔頂溫度為40-90。吸收塔尾氣15去變壓吸附或膜分離提取有用成份CO、H2后，返回二甲醚合成單元做合

32、成原料。12以下為分離過(guò)程中各產(chǎn)物質(zhì)量分率的數(shù)據(jù) 序號(hào)組分67891011H20.17960.00050.00010.007900惰性氣體0.0059000.000300CO0.09270.000300.006000CO20.11010.00830.00150.156500CH40.17120.00080.00010.015100DME0.15240.22410.02450.77230.03078.139103CH3OH0.02160.05720.00010.00170.00420.H2O0.26610.70830.97380.03870.96490.9922表1-2 分離過(guò)程中各物質(zhì)質(zhì)量分率

33、數(shù)據(jù)表(續(xù)上表) 序號(hào)組分1213141516H20000.32030.2871惰性氣體0000.01060.0093CO0000.16570.1482CO20000.19450.1708CH40000.30520.2731DME0.998900.006800.1098CH3OH0.00100.985300.0004H2O01.00000.00800.00370.00132 精餾塔的工藝計(jì)算2.1精餾塔的物料衡算2.1.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(一) 生產(chǎn)能力：3萬(wàn)噸/年，年開(kāi)工數(shù)8000h。(二) 產(chǎn)品二甲醚的純度：二甲醚99wt。(三) 計(jì)算基準(zhǔn)（kg/h）：P=31078000=3.750103（kg

34、/h）=81.40(kmol/h)2.1.2物料衡算 精餾塔 DME：0.999 D 醚水 CH3OH：0.001F DME:8.14010-5 W H2O：0.9921 CH3OH:0. 圖2-1 物料衡算簡(jiǎn)圖(一) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換為摩爾分?jǐn)?shù)MDME=46.07kg/kmol MCH3OH=32.04 kg/kmol MH2O=18.02 kg/kmol 根據(jù)ai/Miai/Mi其中ai質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Mi摩爾質(zhì)量(1) 進(jìn)料組分表2-1 進(jìn)料各組分所占比例組分DMECH3OHH2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.030910.0.9647摩爾分?jǐn)?shù)0.012350.0.9852(2) 塔頂組分表2-2 塔頂各組分所占比

35、例組分DMECH3OH質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.9990 0.00100 摩爾分?jǐn)?shù)0.9985 0. (3) 塔釜組分表2-3 塔釜各組分所占比例組分DMECH3OHH2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.14010-50.0.9922摩爾分?jǐn)?shù)3.19410-50.0.9955(二) 清晰分割以DME為輕關(guān)鍵組分，CH3OH為重關(guān)鍵組分，H2O為非重關(guān)鍵組分。(三) 物料衡算XW，DME= 3.19410-5 XD，CH3OH=0. D=81.40/0.9985=81.52kmol/h表2-4 清晰分割法計(jì)算過(guò)程組分進(jìn)料餾出液釜液DME0.01235F0.01235F-3.19410-5W3.19410-5WCH3OH0.F0.

36、D0.F-0.DH2O0.9852F00.9852FFDW聯(lián)立 0.01235F-3.19410-5W+0.D+0=D F=D+W解得：F=6607 kmol/h =1.252105 kg/h W=6525 kmol/h=1.183 105kg/h D=81.52kmol/h=3754 kg/h MF=18.95kg/kmol MW=18.13 kg/kmol MD=46.056 kg/kmol（四） 精餾工序物料衡算表表2-5 精餾工序物料衡算表料向組分質(zhì)量流量質(zhì)量分?jǐn)?shù)摩爾流量 摩爾分?jǐn)?shù)（kg/h）（kmol/h）進(jìn)DME9579 0.0309082.77 0.01230CH3OH 1333

37、0.16.62 0.料H2O2.991105 0.964866290.9852塔DME37890.999 82.22 0.9986頂CH3OH 3.793 0.001 0.1153 0.出塔DME24.928.14010-5 0.21233.19510-5料CH3OH 23940.29.330.釜H2O3.0381050.9921 66160.99552.2精餾塔工藝計(jì)算2.2.1物料衡算(見(jiàn)2.1.2)2.2.2操作條件的確定(一) 進(jìn)料溫度的計(jì)算(泡點(diǎn))飽和液體進(jìn)料(1) 已知體系總壓強(qiáng)P總=200kPa，即P總=1520mmHg物料飽和液體進(jìn)料，故進(jìn)料的泡點(diǎn)溫度為進(jìn)料溫度。(2) 安托因

38、公式Pis=A-B/(T+C) (Pis:：mmHg，T：K)查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)表2-6 安托因公式數(shù)據(jù)表ABCDME16.84672361.44-17.10CH3OH18.58753626.55-34.29H2O18.30363816.44-46.13DME： Pis，DME=16.8467-2361.44/（T-17.10）CH3OH：Pis，CH3OH=18.5875-3626.55/（T-34.29）H2O： Pis，H2O=18.3036-3816.44/（T-46.13） (3) 采用試差法計(jì)算壓力不太高，按完全理想系計(jì)算，Ki=Pis/P 給定P Y T設(shè)T Ki=Pis/P

39、 Kixi -1 yi 結(jié)束 調(diào)整T N圖2-2 試差法結(jié)構(gòu)圖試差過(guò)程見(jiàn)表2-7表2-7 試差過(guò)程組分xi392.55K392.70K392.75KPis /mmHgyi=KixiPis /mmHgyi=KixiPis /mmHgyi=KixiDME0.012303.851040.041123.851040.41163.8581040.04119CH3OH0.4.781030.007734.761030.007744.7721030.00775H2O0.98521.461030.94991.461030.95141.4701030.9529Kixi1.0000.99881.00031.0019

40、結(jié)果:在392.70K,即119.55時(shí), Kixi1,故進(jìn)料溫度為392.70K（二） 塔頂露點(diǎn)溫度計(jì)算操作壓力：P總=1520mmHg 給定P Y T設(shè)T Ki=Pis/P (yi/Ki)-1 xi 結(jié)束 調(diào)整T N圖2-3 試差法結(jié)構(gòu)圖試差過(guò)程見(jiàn)表2-8表2-8 試差過(guò)程 組分xi331.00K332.25K332.75KPis /mmHgyi=KixiPis /mmHgyi=KixiPis /mmHgyi=KixiDME0.99861.121041.02091.1540.99681.161040.9851CH3OH0.5.871020.003626.1170.003486.0.0034

41、1yi/Ki1.0001.02451.00030.9984結(jié)果: 在332.25K,即59.10時(shí), yi/Ki1,故塔頂溫度為332.25K（三） 塔釜泡點(diǎn)溫度計(jì)算操作壓力：P總=1520mmHg 給定P Y T設(shè)T Ki=Pis/P Kixi yi 結(jié)束 調(diào)整T N圖2-4 試差法結(jié)構(gòu)圖試差過(guò)程見(jiàn)表2-9表2-9 試差過(guò)程組分xi393.35K393.50K394.15KPis /mmHgyi=KixiPis /mmHgyi= KixiPis /mmHgyi= KixiDME3.1953.901040.000113.901040.000113.951040.00011CH3OH0.0044

42、14.881030.014134.871030.001424.971030.01445H2O0.99551.501030.98451.501030.98601.541031.0097Kixi1.0000.99871.00031.0242結(jié)果: 在393.50K,即120.35時(shí), Kixi1,故塔頂溫度為393.50K2.3精餾塔設(shè)備計(jì)算2.3.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(一) 塔壓：1520mmHg 進(jìn)料溫度：TF=392.70K塔溫 塔頂溫度：TD=332.25K 塔釜溫度：TW=393.50K(二) 密度（參考化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)）查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)表2-10 密度數(shù)據(jù)表溫度/DME/ kg/m3CH

43、3OH/ kg/m3H2O/ kg/m350610.8772.5998.160591.8761.1983.2110459.4698.7951.0120407.8684.7943.1122392.1681.1941.4經(jīng)插值計(jì)算得表2-11 插值計(jì)算后密度數(shù)據(jù)表溫度/DME/ kg/m3CH3OH/ kg/m3H2O/ kg/m359.10593.7410.7405.8119.55762.2685.5684.3120.35984.7943.5942.7已知各組分在液相、氣相所占的比例，如表2-12所示表2-12 各組分所占比例DMECH3OHH2O液相氣相液相氣相液相氣相進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0309

44、00.016560.0.0.96480.9789摩爾分?jǐn)?shù)0.012300.041160.0.0.98520.9514塔頂質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.99500.99900.0.摩爾分?jǐn)?shù)0.99680.99860.0.塔釜質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.110-54.110-50.0.0.99210.9916摩爾分?jǐn)?shù)3.110-51.010-40.0.014150.99550.9860(1) 塔頂密度的計(jì)算 液相平均密度： =593.9( kg/m3)氣相平均密度：(2) 進(jìn)料板密度的計(jì)算液相平均密度： =905.7(kg/m3)氣相平均密度： =46.070.04116+32.040.+18.020.9514=19.28 (3)

45、 塔釜密度的計(jì)算液相平均密度： =(kg/m3)氣相平均密度：=46.071.06010-4+32.040.01415+18.020.9860=18.22精餾段和提餾段密度的計(jì)算精餾段：氣相平均密度：=12(+)= 12(1.182+3.337)=2.259(kg/m3)液相平均密度：=12( + ) =12(905.7+593.9)=749.8(kg/m3)提餾段：氣相平均密度：=12(+)= 12(1.182+1.115)=1.148(kg/m3)液相平均密度：=12( + ) =12(905.7+939.8)=722.8(kg/m3)(三) 表面張力的計(jì)算查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)表2-13

46、 表面張力數(shù)據(jù)表溫度/DME/ dyn/cmCH3OH/ dyn/cmH2O/ dyn/cm508.24218.5067.70606.97217.3366.201101.33011.7159.901200.449410.6354.801300.44949.57452.80經(jīng)插值計(jì)算得表2-14 插值計(jì)算后表面張力數(shù)據(jù)表溫度/DME/ dyn/cmCH3OH/ dyn/cmH2O/ dyn/cm59.107.08617.4466.33119.550.451210.6854.89120.350.449410.5954.73=0.99687.086+0.17.44+0=7.124(dyn/cm)=0

47、.012300.4512+0.10.68+0.985254.89=54.11(dyn/cm)=3.19510-50.4494+0.10.59+0.995554.73=54.50(dyn/cm)精餾段：提餾段： 表2-15 工藝條件列表精餾段提餾段平均密度氣相749.8922.8(kg/m3)液相2.2591.148液體表面張力(dyn/cm)液相30.6254.302.3.2塔板數(shù)的確定(一) 最小回流比Rmin的確定相對(duì)揮發(fā)度本設(shè)計(jì)以DME為輕關(guān)鍵組分A；CH3OH為重關(guān)鍵組分B；H2O為非重關(guān)鍵組分C；以重關(guān)鍵組分為基準(zhǔn)物，即=1。塔頂：進(jìn)料：塔釜：全塔平均相對(duì)揮發(fā)度：最小回流比Rmin本

48、設(shè)計(jì)為泡點(diǎn)進(jìn)料,即飽和液體進(jìn)料，q=1恩特伍德公式：故解得=7.575Rmin=(二) 實(shí)際回流比取實(shí)際回流比為最小回流比的1.15倍則R=1.15 Rmin=1.152.427=2.791(三) 最小理論板數(shù)的確定故最小理論塔數(shù)Nmin=3.853(不包括再沸器)（四） 全塔理論板數(shù)的確定同化工原理下冊(cè)P37圖1-30吉利蘭圖查得 Nmin =3.853代入，求得N=10.7(不包括再沸器)（五） 精餾段和提餾段理論板數(shù)的確定平均相對(duì)揮發(fā)度：精餾段的最小理論塔板數(shù)為=0.975代入，求得N=4.48故精餾段理論板數(shù)為4.48塊,提餾段為6.22塊(六) 實(shí)際板數(shù)的確定板效率查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

49、手冊(cè)以進(jìn)料為計(jì)算基準(zhǔn)表2-16 黏度數(shù)據(jù)表DMECH3OHH2O0.012300.0.98520.0508mPas0.197 mPas0.218 mPas=0.012300.0508+0.002470.197+0.98520.218=0.216(mPas)=0.49(10.690.216)-0.245=0.399塔內(nèi)實(shí)際板數(shù)取實(shí)際板層數(shù)為27塊(不包括再沸器)(七) 精餾段和提餾段實(shí)際板數(shù)的確定取實(shí)際精餾段塔板數(shù)為12塊，提餾段實(shí)際板數(shù)為15塊，進(jìn)料板的位置為由下往上數(shù)的第十六塊板2.3.3精餾塔主要尺寸計(jì)算(一) 流量計(jì)算表2-17 相對(duì)分子質(zhì)量數(shù)據(jù)表平均相對(duì)分子質(zhì)量氣相液相精餾段32.6732.22提餾段18.7518.24(1) 進(jìn)料：DME：FxDME=1.1931050.03090=3.686103(kg/h)=1.024(kg/s)CH3OH：Fx CH3OH =1.1931050.=513.0(kg/h)=0.1425(kg/s)H2O：FxH2O=1.1931050.9648=1.175105(kg/h)=32.65(kg/s)(2) 精餾段：氣相流量：V=L+D=229.8+82.34=312.1(kmol/h)=0.08671(kmol/s)=1.438104(kg/h