年產(chǎn)1萬噸二甲醚工藝設(shè)計-大學(xué)畢業(yè)設(shè)計

本科課程設(shè)計題目：年產(chǎn)1萬噸二甲醚工藝設(shè)計專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)學(xué)院：化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院化工設(shè)計課程設(shè)計題目1.設(shè)計項目：2萬噸/年甲醇下游產(chǎn)品加工車間初步設(shè)計2.產(chǎn)品名稱：年產(chǎn)1萬噸二甲醚工藝初步設(shè)計與平面布置3.甲醇規(guī)格：純度99%（附屬材料自定，甲醇由工藝管道送至車間）4.年生產(chǎn)能力：處理2萬噸/年甲醇5.設(shè)計要求：（1）生產(chǎn)產(chǎn)品的確定與設(shè)計；（2）化工工藝流程設(shè)計及分析；（3）完成化工工藝設(shè)計計算（4）化工設(shè)備設(shè)計的工藝計算；（5）繪制完成帶控制點工藝流程圖；（6）結(jié)合給排水、供電等方案作總投資概念和技術(shù)經(jīng)濟分析。（7）編制完整的設(shè)計說明書PAGE2目錄前言化工設(shè)計課程設(shè)計題目 錯誤！未定義書簽。前言 11文獻綜述 11.1二甲醚概述 11.1.1二甲醚的發(fā)展現(xiàn)狀 11.1.2二甲醚的傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用及其拓展 11.2國內(nèi)二甲醚市場簡況 21.2.1現(xiàn)狀 21.2.2國內(nèi)市場預(yù)測 31.3國外二甲醚市場簡況 41.3.1現(xiàn)狀 41.3.2國外市場預(yù)測 51.4原料說明 51.6二甲醚的主要技術(shù)指標(biāo) 71.6.1技術(shù)要求 71.6.2試驗方法 72DME產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模 102.1產(chǎn)品品種、規(guī)格、質(zhì)量指標(biāo)及擬建規(guī)模 102.2產(chǎn)品規(guī)格、質(zhì)量指標(biāo) 102.3產(chǎn)品方案分析及生產(chǎn)規(guī)模分析 113工藝流程介紹 113.1生產(chǎn)方法簡述 113.2工藝流程說明 133.3生產(chǎn)工藝特點 153.4主要工藝指標(biāo) 153.4.1二甲醚產(chǎn)品指標(biāo) 153.4.2催化劑的使用 154主要塔設(shè)備計算及選型 164.1汽化塔及其附屬設(shè)備的計算選型 164.1.1物料衡算 錯誤！未定義書簽。4.1.2熱量衡算 錯誤！未定義書簽。4.1.3理論板數(shù)、塔徑、填料選擇及填料層高度的計算 錯誤！未定義書簽。4.1.4汽化塔附屬設(shè)備的選型計算 錯誤！未定義書簽。4.2合成塔及其附屬設(shè)備的計算選型 164.2.1物料衡算 錯誤！未定義書簽。4.2.2合成塔的選取選?。?錯誤！未定義書簽。4.2.3熱量衡算及附屬設(shè)備的選型計算 錯誤！未定義書簽。4.3精餾塔及其附屬設(shè)備的計算選型 錯誤！未定義書簽。4.3.1物料衡算 174.3.2熱量衡算 錯誤！未定義書簽。4.3.3理論塔板數(shù)的計算 錯誤！未定義書簽。4.3.4初餾塔主要尺寸的設(shè)計計算 錯誤！未定義書簽。4.3.5塔徑設(shè)計計算 錯誤！未定義書簽。4.3.6填料層高度的計算 錯誤！未定義書簽。4.3.7附屬設(shè)備的選型計算 錯誤！未定義書簽。4.4回收塔及其附屬設(shè)備的計算選型 174.5.1物料衡算 錯誤！未定義書簽。4.4.2熱量衡算 錯誤！未定義書簽。4.4.3理論塔板數(shù)的計算 錯誤！未定義書簽。4.4.4回收塔主要尺寸的設(shè)計計算 錯誤！未定義書簽。4.4.5塔徑設(shè)計計算 錯誤！未定義書簽。4.4.6填料層高度的計算 錯誤！未定義書簽。4.4.7附屬設(shè)備的選型計算 錯誤！未定義書簽。致謝 錯誤！未定義書簽。參考文獻 19附錄1.主要設(shè)備一覽表 20前言作為LPG和石油類的替代燃料，目前二甲醚(DME)倍受注目。DME是具有與LPG的物理性質(zhì)相類似的化學(xué)品，在燃燒時不會產(chǎn)生破壞環(huán)境的氣體，能便宜而大量地生產(chǎn)。與甲烷一樣，被期望成為21世紀(jì)的能源之一。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-AL2O3催化劑床層,氣相甲醇脫水制得二甲醚。氣相法的工藝過程主要由甲醇加熱、蒸發(fā)、甲醇脫水、二甲醚冷凝及精餾等組成。二甲醚為易燃氣體。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性的過氧化物，密度比空氣大，能在較低處擴散到相當(dāng)遠的地方，遇火源會著火回燃。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險。二甲醚的理化性質(zhì)比較獨特，熱植高，無毒、無害，具有潛在的廣泛用途，除作為有機化工原料廣泛用于制藥、染料、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、環(huán)保、安全、質(zhì)優(yōu)價廉的優(yōu)點，最近作為民用代用燃料和柴油代用燃料，二甲醚受到人民的日益重視。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，在各國尋求清潔燃料的過程中，二甲醚的良好燃燒性能和低污染排放的特性使其日益受到重視。二甲醚作為清潔燃料具備如下特征：（1）資源量豐富，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。本設(shè)計流程簡潔明暢，工藝條件溫和，操作簡易方便。而且設(shè)備臺數(shù)較少，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。工程總投資估算值萬元，項目的內(nèi)部收益率所得稅前為，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，4萬噸/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)濟效益明顯。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，工藝設(shè)備的設(shè)計及選型，廠房平面布置，還有進行初步的經(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。PAGE191文獻綜述二甲醚(DimethylEther，簡稱DME)習(xí)慣上簡稱甲醚，為最簡單的脂肪醚，分子式C2H6O，是乙醇的同分異構(gòu)體，結(jié)構(gòu)式CH3—O—CH3，分子量46.07，是一種無色、無毒、無致癌性、腐蝕性小的產(chǎn)品。DME因其良好的理化性質(zhì)而被廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥和制冷等行業(yè)，近幾年更因其燃燒效果好和污染少而被稱為“清潔燃料”，引起廣泛關(guān)注。1.1二甲醚的用途（1）替代氯氟烴作氣霧劑[1]隨著世界各國的環(huán)保意識日益增強，以前作為氣溶工業(yè)中氣霧劑的氯氟烴正逐步被其他無害物質(zhì)所代替。（2）用作制冷劑和發(fā)泡劑由于DME的沸點較低，汽化熱大，汽化效果好，其冷凝和蒸發(fā)特性接近氟氯烴，因此DME作制冷劑非常有前途。國內(nèi)外正在積極開發(fā)它在冰箱、空調(diào)、食品保鮮劑等方面的應(yīng)用，以替代氟里昂。關(guān)于DME作發(fā)泡劑，國外已相繼開發(fā)出利用DME作聚苯乙烯、聚氨基甲酸乙酯、熱塑聚酯泡沫的發(fā)泡劑。發(fā)泡后的產(chǎn)品，孔的大小均勻，柔韌性、耐壓性、抗裂性等性能都有所增強。（3）用作燃料由于DME具有液化石油氣相似的蒸氣壓，在低壓下DME變?yōu)橐后w，在常溫、常壓下為氣態(tài)，易燃、毒性很低，并且DME的十六烷值(約55)高，作為液化石油氣和柴油汽車燃料的代用品條件已經(jīng)成熟。由于它是一種優(yōu)良的清潔能源，已日益受到國內(nèi)外的廣泛重視。在未來十年里，DME作為燃料的應(yīng)用將有難以估量的潛在市場，其應(yīng)用前景十分樂觀。可廣泛用于民用清潔燃料、汽車發(fā)動機燃料、醇醚燃料。（4）用作化工原料DME作為一種重要的化工原料,可合成多種化學(xué)品及參與多種化學(xué)反應(yīng)：與SO3反應(yīng)可制得硫酸二甲酯；與HCl反應(yīng)可合成烷基鹵化物；與苯胺反應(yīng)可合成N,N-二甲基苯胺；與CO反應(yīng)可羰基合成乙酸甲酯、醋酐，水解后生成乙酸；與合成氣在催化劑存在下反應(yīng)生成乙酸乙烯；氧化羰化制碳酸二甲酯;與H2S反應(yīng)制備二甲基硫醚。此外，利用DME還可以合成低烯烴、甲醛和有機硅化合物。目前，全球二甲醚總生產(chǎn)能力約為21萬t/a，產(chǎn)量16萬t/a左右，表1-1為世界二甲醚主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)量。我國二甲醚總生產(chǎn)能力約為1.2萬t/a,產(chǎn)量約為0.8萬t/a，表1-2為我國二甲醚主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)量。據(jù)市場調(diào)查國內(nèi)二甲醚需求量遠遠超過供給量，目前國內(nèi)僅氣霧劑一項需求量達到1.5~1.8萬噸/年，而高純度的二甲醚還依賴進口。二甲醚市場應(yīng)用前景廣闊，因此對二甲醚的生產(chǎn)工藝進行研究很有必要。1.2設(shè)計依據(jù)本項目基于教科書上的教學(xué)案例，通過研讀大量的關(guān)于DME性質(zhì)、用途、生產(chǎn)技術(shù)及市場情況分析的文獻，對生產(chǎn)DME的工藝過程進行設(shè)計的。1.3技術(shù)來源目前合成DME有以下幾種方法：（1）液相甲醇脫水法（2）氣相甲醇脫水法（3）合成氣一步法（4）CO2加氫直接合成。（5）催化蒸餾法。其中前二種方法比較成熟，后三種方法正處于研究和工業(yè)放大階段。本設(shè)計采用氣相甲醇脫水法。下面對這幾種方法作以介紹。1.3.1液相甲醇脫水法制二甲醚甲醇脫水制DME最早采用硫酸作催化劑，反應(yīng)在液相中進行，因此叫做液相甲醇脫水法，也稱硫酸法工藝。該工藝生產(chǎn)純度99.6%的DME產(chǎn)品,用于一些對DME純度要求不高的場合。其工藝具有反應(yīng)條件溫和(130～160)℃、甲醇單程轉(zhuǎn)化率高(>85%)、可間歇也可連續(xù)生產(chǎn)等特點，但是存在設(shè)備腐蝕、環(huán)境污染嚴(yán)重、產(chǎn)品后處理困難等問題，國外已基本廢除此法。中國仍有個別廠家使用該工藝生產(chǎn)DME，并在使用過程中對工藝有所改進。1.3.2氣相甲醇脫水法制二甲醚氣相甲醇脫水法是甲醇蒸氣通過分子篩催化劑催化脫水制得DME。該工藝特點是操作簡單，自動化程度較高，少量廢水廢氣排放，排放物低于國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)生產(chǎn)DME采用固體催化劑催化劑，反應(yīng)溫度200℃，甲醇轉(zhuǎn)化率達到75%～85%，DME選擇性大于98%，產(chǎn)品DME質(zhì)量分數(shù)≥99.9%，甲醇制二甲醚的工藝生產(chǎn)過程包括甲醇加熱、蒸發(fā)，甲醇脫水，甲醚冷卻、冷凝及粗醚精餾，該法是目前國內(nèi)外主要的生產(chǎn)方法。1.3.3合成氣一步法生產(chǎn)二甲醚合成氣法制DME是在合成甲醇技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由合成氣經(jīng)漿態(tài)床反應(yīng)器一步合成DME，采用具有甲醇合成和甲醇脫水組分的雙功能催化劑。因此，甲醇合成催化劑和甲醇脫水催化劑的比例對DME生成速度和選擇性有很大的影響，是其研究重點。其過程的主要反應(yīng)為：甲醇合成反應(yīng)（1）水煤氣變換反應(yīng)（2）甲醇脫水反應(yīng)（3）在該反應(yīng)體系中，由于甲醇合成反應(yīng)和脫水反應(yīng)同時進行，使得甲醇一經(jīng)生成即被轉(zhuǎn)化為DME，從而打破了甲醇合成反應(yīng)的熱力學(xué)平衡限制，使CO轉(zhuǎn)化率比兩步反應(yīng)過程中單獨甲醇合成反應(yīng)有顯著提高。由合成氣直接合成DME，與甲醇氣相脫水法相比，具有流程短、投資省、能耗低等優(yōu)點，而且可獲得較高的單程轉(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)簡單，便于移出反應(yīng)熱，易實現(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。但是，目前合成氣法制DME的研究國內(nèi)仍處于工業(yè)放大階段，有上千噸級的成功的生產(chǎn)裝置，如山西煤化所、清華大學(xué)、杭州大學(xué)催化劑研究所等都擁有這方面的技術(shù)。蘭州化物所、大連化物所、湖北化學(xué)研究所的催化劑均已申請了專利。清華大學(xué)加大了對漿態(tài)床DME合成技術(shù)的研究力度，正與企業(yè)合作進行工業(yè)中試研究，在工業(yè)中試成功的基礎(chǔ)上，將建設(shè)萬噸級工業(yè)示范裝置。1.3.4二氧化碳加氫直接合成二甲醚近年來，CO2加氫制含氧化合物的研究越來越受到人們的重視，有效地利用CO2，可減輕工業(yè)排放CO2對大氣的污染。CO2加氫制甲醇因受平衡的限制，CO2轉(zhuǎn)化率低，而CO2加氫制DME卻打破了CO2加氫生成甲醇的熱力學(xué)平衡限制。目前,世界上有不少國家正在開發(fā)CO2加氫制DME的催化劑和工藝，但都處于探索階段。日本Arokawa報道了在甲醇合成催化劑(CuO-ZnO-Al2O3)與固體酸組成的復(fù)合型催化劑上,CO2加氫制取甲醇和DME，在240℃，310MPa的條件下,CO2轉(zhuǎn)化率可達到25%，DME選擇性為55%。大連化物所研制了一種新型催化劑，CO2轉(zhuǎn)化率為31.7%,DME選擇性為50%。天津大學(xué)化學(xué)工程系用甲醇合成催化劑Cu-Zn-Al2O3和HZSM-5制備了CO2加氫制DME的催化劑。蘭州化物所在Cu-Zn-ZrO2/HZSM-5雙功能催化劑上考察了CO2加氫制甲醇反應(yīng)的熱力學(xué)平衡。結(jié)果表明CO2加H2制DME不僅打破了CO2加氫制甲醇反應(yīng)的熱力學(xué)平衡，明顯提高了CO2轉(zhuǎn)化率，而且還抑制了水氣逆轉(zhuǎn)換反應(yīng)的進行，提高了DME選擇性。1.3.5催化蒸餾法制二甲醚到目前為止,只有上海石化公司研究院從事過這方面的研究工作。他們是以甲醇為原料,用H2SO4作催化劑,通過催化蒸餾法合成二甲醚的。由于H2SO4具有強腐蝕性,而且甲醇與水等同處于液相中,因此,該法的工業(yè)化前景一般。催化蒸餾工藝本身是一種比較先進的合成工藝,如果改用固體催化劑,則其優(yōu)越性能得到較好的發(fā)揮。用催化蒸餾工藝可以開發(fā)兩種DME生產(chǎn)技術(shù)：一種是甲醇脫水生產(chǎn)DME，一種是合成氣一步法生產(chǎn)DME。從技術(shù)難度方面考慮,第一種方法極易實現(xiàn)工業(yè)。表1DME液化氣與液化石油氣性質(zhì)比較項目分子量壓力Mpa(60℃)燃燒溫度℃爆炸下限%理論空氣量預(yù)混氣熱值KJ/m3LPGDME56.646.071.921.35205522501.73.4511.326.9639034219表2DME與0＃柴油的比較對比項目DME0＃柴油分子量46.07190～220沸點（℃）-24.9180～360十六烷值55～6040～50低熱值（kJ/kg）2884042500理論空燃比914.6氧含量（%）34.8—硫化物—有1.4原料說明原料名稱：甲醇分子式CH3OH，相對分子質(zhì)量32.04。本設(shè)計采用的甲醇原料濃度為90%（質(zhì)量分數(shù)）。（1）物理性質(zhì)甲醇是最簡單的飽和脂肪醇，密度0.791g/cm3，沸點63.8℃，自燃點385℃，閃點20℃，蒸汽壓96.3mmHg，常溫常壓下純甲醇是無色透明，易揮發(fā)、可燃，略帶醇香味的有毒液體。甲醇可以和水以及乙醇、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形成爆炸性混合物，爆炸極限為6.0%-36.5%（體積）。（2）化學(xué)性質(zhì)甲醇作為最簡單的飽和脂肪醇因此具有脂肪醇的化學(xué)性質(zhì)，即可進行氧化、酯化、羰基化、胺化、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)。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)：2CH3OH→CH3OCH3+H2O+Q△H298=10.92KJ/mol副反應(yīng)：⑴CH3OH→CO+2H2O⑵2CH3OH→C2H4+2H2O⑶2CH3OH→CH4+2H2O+C⑷CH3OCH3→CH4+CO+H2⑸CO+H2O→CO2+H2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；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；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；裂解反應(yīng)在銅催化劑上，甲醇可裂解生成CO和H2，1.5二甲醚的性質(zhì)（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。二甲醚與一氧化碳反應(yīng)可生成乙酸或乙酸甲脂；與二氧化碳反應(yīng)則生成甲氧基乙酸。當(dāng)與氰化氫反應(yīng)時則生成乙腈。此外，二甲醚可與三氟化硼形成絡(luò)合物，其分子式（CH3）2OBF3，此絡(luò)合物在空氣中發(fā)煙，而在水或醇中則可分解。DME還可選擇性氯化為各種氯化衍生物。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。表5DME的主要物理化學(xué)性質(zhì)分子式CH3OCH3蒸汽壓（20℃）0.53MPa摩爾質(zhì)量46.07氣體燃燒熱31.58Kj/kg熔點-141.5℃蒸發(fā)熱（-24.8℃）467.4kJ/kg沸點-24.9℃自燃溫度350℃臨界溫度128.8℃爆炸極限（空氣中）3.45～26.7VOL％臨界壓力5370Pa在汽油中的溶解度64%（-40℃）對水的相對密度0.66對空氣的相對密度1.62液體密度（20℃）0.661kg/L閃點-41.4℃蒸汽密度（10℃1atm）1.92kg/m3（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。小鼠吸入225.72g/m3麻醉濃度貓吸入1658.85g/m3深度麻醉人吸入

154.24g/m3×30min輕度麻醉人吸入940.50g/m3有極不愉快的感覺、有窒息感1.6二甲醚的主要技術(shù)指標(biāo)1.6.1技術(shù)要求高純度二甲醚的生產(chǎn)以甲醇為主要原材料，經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化制成燃料級二甲醚，再經(jīng)精餾分離后制得高純度二甲醚氣體產(chǎn)品。其中含有微量雜質(zhì)如N2、CH4、CO2、C2H4、C3H6、及少量H2O、CH3OH等組分。本標(biāo)準(zhǔn)采用氣相色譜法，選用GDX-502和25%PEG-1500/PoropakQ柱，使用程序升溫，得到良好的分離效果。類別：二甲醚氣體產(chǎn)品按有效組份含量的不同劃分為：A類燃料級DME產(chǎn)品；B1類溶劑、原料級DME產(chǎn)品；B2類—制冷劑、推進劑級DME產(chǎn)品（表1-8）。表6A級、B1級、B2級二甲醚氣體產(chǎn)品符合下表規(guī)定的技術(shù)要求項目指標(biāo)A級B1級B2級感觀二甲醚含量m/m%≥水份m/m10-6≤甲醇m/m10-6≤其它雜質(zhì)m/m％≤無色、無異味，常溫下為壓縮液體，略呈醇香95200000020000001.099.52001000.499799.9100500.099851.6.2試驗方法（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接，依次打開采樣點的閥門，取樣器截止閥和球閥，讓試樣沖洗取樣器，30秒后依次關(guān)閉取樣球閥，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。試劑與材料：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4、氫氣載氣純度≥99.99%5、丙酮分析純6、無水甲醇分析純7、無水乙醇分析純8、標(biāo)準(zhǔn)氣：N2、CH4、CO2、C2H4、C3H6（由西南化工研究院提供）9、H2O、CH3OH標(biāo)準(zhǔn)樣制備準(zhǔn)確稱取無水乙醇m1約4.9g(稱準(zhǔn)至0.0002g)、蒸餾水m2約0.001g（稱準(zhǔn)至0.0002g）,無水甲醇m3約0.001g（稱準(zhǔn)至0.0002g）于干凈玻璃瓶中搖勻備用。裝置：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）2、微量注射器：5ml3、鋼瓶取樣器：可用25mm內(nèi)徑的不銹鋼管與截止閥，球閥焊制而成4、色譜柱用25%PEG-1500涂于PorapakQ+GDX-502=1+1裝填在Ф3mm，長4m的不銹鋼鋼柱中，要求緊密均勻。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)備好試樣程序：先把氣相色譜儀按下列條件調(diào)試好載氣：氫氣流速：37ml/min柱前壓：90～kpa柱初溫：63℃汽化溫度：120℃柱終溫：100℃檢測溫度：120℃橋流：160mA進樣量：2.5ul1、待儀器穩(wěn)定后，在柱溫63℃時，進標(biāo)準(zhǔn)氣體以峰面積標(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）：N2：1.005CH4：1.192CO2C2H4：2.238C2H6：2.517C3H6：7.2472、待儀器柱溫升至100℃并穩(wěn)定后，以微量注射器注入H2O、CH3OH的標(biāo)準(zhǔn)樣1μ1，得水的峰面積A1，甲醇峰面積A2，保留時間為（min）：H2O：11.12,CH3OH:14.62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A3，甲醇的峰面積A4Q/OCLX002-2000A水=A1-A3A甲醇=A2-A4H2O、CH3OH的標(biāo)準(zhǔn)樣由質(zhì)量百分比濃度換算為摩爾百分濃度。按下式進行計算：式中：m1-H2O、CH3OH標(biāo)準(zhǔn)樣中無水乙醇的質(zhì)量，g;m2-H2O、CH3OH標(biāo)準(zhǔn)樣中蒸餾水的質(zhì)量，g；m3-H2O、CH3OH標(biāo)準(zhǔn)樣中無水甲醇的質(zhì)量，g；46—乙醇的分子量；18—水的分子量；32—甲醇的分子量。1μlH2O、CH3OH標(biāo)準(zhǔn)樣汽化后標(biāo)準(zhǔn)體積校正因子按下式計算：式中f水-水的校正因子；f甲醇--甲醇的校正因子，V0-lml標(biāo)準(zhǔn)樣汽化后的標(biāo)準(zhǔn)體積V1-試樣的進樣量ml;V2-H2O、CH3OH標(biāo)準(zhǔn)樣的進樣量ml。A水—標(biāo)準(zhǔn)樣中水的面積；A甲醇-標(biāo)準(zhǔn)樣中甲醇的面積。C、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)Q/OCLX002-2000處理機得到N2、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C3H6組份的體積百分含量（%）②、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H2O、CH3OH組份的體積極百分含量（%）③、二甲醚體積百分（VDME）含量按下式計算：VDME(%)=100％-(N2%+CH4%+CO2%+C2H4%+C2H6%+C3H6%+H2O%+CH3OH%)④、把體積百分含量換算成質(zhì)量百分含量X(%)=N2%×28+CH4%×16+CO2%×44+C2H4%×28+C2H6%×30+C3H6%×42+H2O%×18+CH3OH%×32+DME%×46⑤、二甲醚（WDME）質(zhì)量百分含量按下式計算：WDME（%）=(VDME%×46)/X%水（WH2O）質(zhì)量百分含量按下式計算：MH2O（%）=（VH2O%×18）/X%甲醇（WCH3OH）質(zhì)量百分含量按下式計算：MCH3OH（%）=（VCH3OH%×32）/X%2技術(shù)分析2.1反應(yīng)原理反應(yīng)方程式：2.2反應(yīng)條件本過程采用連續(xù)操作，反應(yīng)條件：溫度T=250℃-370℃，反應(yīng)壓力，反應(yīng)在絕熱條件下進行。2.3反應(yīng)選擇性和轉(zhuǎn)化率選擇性：該反應(yīng)為催化脫水。在400℃以下時，該反應(yīng)過程為單一、不可逆、無副產(chǎn)品的反應(yīng)，選擇性為100%。轉(zhuǎn)化率：反應(yīng)為氣相反應(yīng)，甲醇的轉(zhuǎn)化率在80%。2.4催化劑的選擇本設(shè)計采用催化劑γ-AL2O3，催化劑為球形顆粒，直徑dp為5mm，床層空隙率ε為0.48。3反應(yīng)技術(shù)3.1物料衡算 將原料及產(chǎn)品規(guī)格換算成摩爾分率，即原料：甲醇含量≥99.11％，水含量≤0.89％產(chǎn)品：DME≥99.87％,甲醇含量≤0.004％，水含量≤0.126％要求年產(chǎn)40萬噸二甲醚，則每小時應(yīng)生產(chǎn)二甲醚的量為：又因產(chǎn)品二甲醚回收率為99.8％，則則反應(yīng)器生成二甲醚量為：Fx=1087.719kmo/h反應(yīng)器應(yīng)加入甲醇量為：甲醇原料進料量：按化學(xué)計量關(guān)系計算反應(yīng)器出口氣體中各組分量甲醇水含量計算結(jié)果列表如下表3.1物料衡算表組分進料F0/(koml/h)進料qm0/(kg/h)出料F/(koml/h)出料qm/(kg/h)二甲醚001087.71950035.074甲醇2743.71787798.944568.27918184.928水24.419439.5421112.13820018.484合計2768.13688238.4862768.13688238.4863.2計算催化劑床層體積進入反應(yīng)器的氣體總量Ft0=2730.462koml/h，給定空速Sv=5000h-1，所以，催化劑床層體積VR為：3.3反應(yīng)器管數(shù)反應(yīng)器管數(shù)n擬采用管徑為Ф27×2.5mm，故管內(nèi)徑d=0.022mm，管長6m，催化劑充填高度L為5.7m，所以：采用正三角形排列，實際管數(shù)取5750根4、DME產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模4.1產(chǎn)品品種、規(guī)格、質(zhì)量指標(biāo)及擬建規(guī)模產(chǎn)品品種：二甲醚擬建規(guī)模：4萬噸/年年操作日：365天4.2產(chǎn)品規(guī)格、質(zhì)量指標(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))由于目前國內(nèi)尚無氣霧級二甲醚產(chǎn)品的國標(biāo)，參照國內(nèi)行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，氣霧級二甲醚產(chǎn)品應(yīng)符合下述質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(企業(yè)標(biāo)準(zhǔn))項目期望值二甲醚wt%≥99.9甲醇wt%≤0.01水份wt%≤0.002(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))項目期望值二甲醚wt%≥93甲醇Wt%≤3水份wt%≤14.3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前廣泛使用的液化石油氣相比較，二甲醚的成本不能超過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利資源并以甲醇為原料發(fā)展市場前景廣闊的清潔燃料級二甲醚，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4萬噸/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。5、工藝流程介紹5.1生產(chǎn)方法簡述二甲醚的生產(chǎn)方法主要有一步法和二步法兩種。一步法以合成氣(CO+H2)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，再提純得到二甲醚產(chǎn)品。二步法是以合成氣制得甲醇，然后甲醇在固體催化劑作用下脫水制得二甲醚，所用催化劑選擇性高，特別適用于高純度二甲醚生產(chǎn)。（一）甲醇脫水制二甲醚二甲醚可由甲醇脫水制得。此工藝在山東臨沂新建的30000噸/年二甲醚生產(chǎn)裝置上采用。最早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:CO+2H2=CH3OH<100℃時，CH3OH十H2SO4=CH3HSO4+H2O<100℃時，CH3HSO4+CH3OH=CH3OCH3+H2SO4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DME，其中Mobil公司使用了硅酸鋁比較高的ZSM一5型分子篩，而ESSO公司則使用了0.5一1.5nm的含金屬的硅酸鋁催化劑，其甲醇轉(zhuǎn)化率為70%，DME選擇性>90%。1981年，Mobil公司利用HZSM一5使甲醇脫水制備二甲醚，并申請了專利，反應(yīng)條件比較溫和，常壓、200℃左右即可獲得80%甲醇轉(zhuǎn)化率和>98%DME選擇性。1991年，日本三井東亞化學(xué)公司開發(fā)了一種新的甲醇脫水制DME催化劑。據(jù)稱該催化劑是一種具有特殊表面積和孔體積的γ一A12O3，可長期保持活性，使用壽命達半年之久，轉(zhuǎn)化率可達74.2%，選擇性約99%。我國化工部西南化工研究院也曾進行過甲醇脫水制二甲醚的研究，考察了13x分子篩、氧化鋁及ZSM一5催化劑的性能，當(dāng)采用ZSM一5在200℃時，甲醇的轉(zhuǎn)化率可達75%一85%，選擇性大于98%。擴大試驗于1992年3月通過鑒定。上海吳徑化工廠以高硅鋁比的硅酸鹽粉狀結(jié)晶作催化劑，在低溫(130一200℃)、常壓下實現(xiàn)了甲醇制D卜任的新工藝。在小試1000h工作的基礎(chǔ)上進行了單管試驗。甲醇單程轉(zhuǎn)化率可達85%，選擇性幾乎100%，使用周期大于1000h。適當(dāng)調(diào)整溫度后，用粗甲醇(平均含量為78.4%)同樣可獲得80%的轉(zhuǎn)化率。可見甲醇脫水制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:4H2+2CO=2CH3OH2CH3OH=CH3OCH3+H2OCO+H2O=CO2+H23H2+3CO=CH3OCH3+CO2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，較為典型的是丹麥托普索公司TIGAS工藝、日本三菱重工和COSMO石油公司聯(lián)合開發(fā)的AMSTG工藝;國內(nèi)大連化物所、華東理工大學(xué)、清華大學(xué)、山西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)及工業(yè)化示范裝置(240噸/天);日本NKK公司的淤漿床反應(yīng)器方法，于1999年建成一套5噸/天的中試裝置。國內(nèi)山西煤化所開發(fā)的是三相漿態(tài)床一步法合成技術(shù)，已進行中試(規(guī)模100噸/年)，于2001年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60噸/年的中試，并已在湖北田力實業(yè)公司建有1500噸/年的示范裝置(具體運行情況尚需了解)。華東理工大學(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。據(jù)日本報道，采用Cu/Zn/Al催化劑，從合成氣直接制取二甲醚，初始轉(zhuǎn)化率和1000h后的轉(zhuǎn)化率分別為65%和61%。中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所的陶家林等對合成氣制二甲醚的催化劑及反應(yīng)條件進行了研究，用自制的雙功能催化劑在275℃、2Mpa、1500mL/(g·h)、H2/CO=2、CO2=l%一2%的條件下，合成氣中CO轉(zhuǎn)化率可達75%，DME選擇性>84%。蘭州化物所的黃友梅等對合成氣制二甲醚的催化劑及反應(yīng)的活性位進行了研究。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?zhí)?95121619.8)。中國科學(xué)院大連化物所、清華大學(xué)等對此也進行了一定的研究，前者制備了CO轉(zhuǎn)化率達到90%，DME在有機產(chǎn)物中選擇性大于90%催化劑，后者就制備方法及反應(yīng)條件進行了研究。此外，美國的空氣產(chǎn)品公司和化學(xué)品公司完成了一項由合成氣直接合成二甲醚的新技術(shù)，采用淤漿反應(yīng)器，使水氣變換、甲醇合成與甲醇脫水三個可逆、放熱反應(yīng)協(xié)同進行，避免了多步合成法中所受平衡條件的影響，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，保護對熱敏感的催化劑，使反應(yīng)更快更有效地進行。操作壓力為3.5-6.3MPa、溫度為200-290℃、空速為1000一~l0000L/（h.kg)催化劑。與氣相一步法或多步法合成DME的工藝相比，該方法尤其適合于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，HaldorTopsoeAls宣稱其由天然氣直接合成二甲醚的催化法已準(zhǔn)備好放大。其方法是首先經(jīng)普通的蒸汽或自熱重整，天然氣轉(zhuǎn)化成合成氣;然后通過一種專利催化劑，操作條件200-300℃和30-80Mpa。據(jù)Topsoe稱，CO轉(zhuǎn)化率達到60%一70%，催化劑以銅為基礎(chǔ)，同時也可生產(chǎn)甲醇和二甲醚。3.2工藝流程說明在4萬噸/二甲醚生產(chǎn)裝置的工藝設(shè)計過程中，綜合考慮現(xiàn)有一些二甲醚生產(chǎn)裝置在熱量平衡上的不足之處，立足于全系統(tǒng)熱能的充分利用，以最大限度地達到節(jié)能降耗的效果，同時本著節(jié)約投資、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4萬噸/二甲醚生產(chǎn)裝置的工藝流程。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(1)原料甲醇原料直接采用市售質(zhì)量分數(shù)為90%的甲醇經(jīng)汽化提純后合成二甲醚。甲醇汽化合成塔（甲醇氣相脫水）冷凝、氣液分離初餾塔原料甲醇甲醇汽化合成塔（甲醇氣相脫水）冷凝、氣液分離初餾塔原料甲醇釜殘液回收塔DME精餾塔釜殘液釜殘液回收塔DME精餾塔回收甲醇產(chǎn)品DME（≥99.9%）圖3-1二甲醚生產(chǎn)工藝流程方框圖(2)反應(yīng)在DME合成反應(yīng)器中產(chǎn)生的反應(yīng)如下所示:2CH3OH==CH3OCH3+H2O+23.45kJ/molDME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，而且二甲醚的選擇性為約99.9%，二甲醚反應(yīng)為放熱反應(yīng)。(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過蒸餾塔換熱器的工藝液體冷卻，然后在二甲醚精餾塔冷卻器中用冷卻水冷卻，最后出口氣在冷凝器中大部分冷凝后被送至二甲醚精餾塔。由于二甲醚反應(yīng)轉(zhuǎn)化率在低壓下較高，因此二甲醚反應(yīng)器的操作壓力不宜太高，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)二甲醚精餾來自二甲醚合成系統(tǒng)的工藝液體被送入二甲醚精餾塔中部，塔底再沸是通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，在二甲醚冷凝器中未冷凝的氣相作為燃料被放掉。在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。(5)甲醇塔二甲醚精餾塔底部液體被直接引入甲醇蒸餾塔中，甲醇在蒸餾塔中與水分離出來，再循環(huán)回甲醇緩沖槽內(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)，部分甲醇則回流到甲醇蒸餾塔，未冷凝氣體則作為尾氣放空。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，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式進入固定床合成塔，在氧化鋁型固定床中進行縮水反應(yīng)生成氣態(tài)二甲醚和水（反應(yīng)溫度控制在280℃-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)物經(jīng)換熱器降溫后在冷凝器中被循環(huán)水冷凝成液體，經(jīng)計量罐進入中間罐貯存，未被冷凝成液態(tài)的少量副反應(yīng)氣體如CH4、CO2等則由放空閥排入放空總管并經(jīng)吸收塔吸收后直接排入大氣或送入鍋爐房進行焚燒，進入中間罐的反應(yīng)物由屏蔽泵加壓輸送至初餾塔進行精餾分離，塔頂分餾出燃料級的二甲醚組分，塔底分離出粗甲醇混合物，燃料級二甲醚蒸汽在甲醚冷凝器中被循環(huán)水冷凝成常溫二甲醚液體經(jīng)計量泵后進入燃料級二甲醚產(chǎn)品中間罐，再經(jīng)加壓磁力泵輸送至罐區(qū)產(chǎn)品貯罐區(qū)進行儲存，塔底稀甲醇混合物經(jīng)冷卻后進入粗甲醇中間罐進行貯存。粗甲醇中間罐的稀甲醇液體由屏蔽泵加壓輸送至甲醇回收塔進行精餾分離，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。3.3生產(chǎn)工藝特點本工藝裝置的主要工藝特點是流程簡潔明暢，工藝條件溫和，裝置內(nèi)熱能利用較好，操作簡易方便。本裝置設(shè)備臺數(shù)較少，設(shè)備制作充分立足于國內(nèi)現(xiàn)狀，所有設(shè)備均能在國內(nèi)制造而不需進口，項目投資大為降低。3.4主要工藝指標(biāo)3.4.1二甲醚產(chǎn)品指標(biāo)表7產(chǎn)品二甲醚產(chǎn)品指標(biāo)序號組分純度備注1234二甲醚甲醇水分C3以下烴類≥99.9%≤0.5≤0.3≤0.3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）塔設(shè)備指標(biāo)如下：汽化塔：原料甲醇純度90%（質(zhì)量分數(shù)，下同），塔頂甲醇氣體純度≥99%，釜液甲醇含量≤0.5%；合成塔：轉(zhuǎn)化率≥80%，選擇性≥99.9%；初餾塔：塔頂二甲醚純度≥95%，釜液二甲醚含量≤0.5%；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%3.4.2催化劑的使用本設(shè)計DME合成塔采用輻射型固定床反應(yīng)器，生產(chǎn)用催化劑為沸石型酸性氧化鋁分子篩。DME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)，在再生與使用周期上也有較好的表現(xiàn)。工藝設(shè)計的該催化劑可使甲醇的一次性轉(zhuǎn)化率≥80﹪，選擇性指標(biāo)接近100﹪。極微量副產(chǎn)物為甲烷、二氧化碳。再生周期≥300日?？煞磸?fù)使用。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物料衡算原料甲醇流量的估算：年產(chǎn)DME10萬噸，合成轉(zhuǎn)化率為80%（出去各步損失，按78%粗略估算），選擇性按100%計算，二甲醚產(chǎn)品純度為99.9%。結(jié)合甲醇脫水反應(yīng)式可得下式：4氣化塔物料衡算已知F′=27.491×103kg/h，xF′=90%，xD′=99%,xW′=0.5%（以上均為質(zhì)量百分數(shù)），，kg/kmol摩爾分率：進料平均相對分子質(zhì)量M平均=83.50%×32.04+16.50%×18.02=29.73kg/kmol則進料摩爾流量為：kmol/h總物料；易揮發(fā)組分；帶入數(shù)據(jù)解得：D=282.804kmol/hW=50.092kmol/h塔頂產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量M=32.04×98.24%+18.02×(1-98.24%)=31.79kg/kmol塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量D=282.804×31.79=8.990×103kg/h塔釜產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量M=32.04×0.2818%+18.02×(1-0.2818%)=18.06kg/kmol塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量W=50.092×18.06=0.905×103kg/h物料衡算結(jié)果表單位進料F塔頂D塔釜W物料kg/hkmol/h9.897×103332.8968.990×103282.8040.905×10350.092組成質(zhì)量分率摩爾分率90%83.50%99%98.24%0.5%0.2818%4.2合成塔物料衡算進塔甲醇蒸汽流量=282.804/4=70.701kmol/h由反應(yīng)式其單程轉(zhuǎn)化率為80%，DME選擇性≥99%則生成二甲醚的出塔流量為kmol/h未反應(yīng)的甲醇出塔流量為kmol/h出塔水的流量為kmol/h4.3.精餾塔物料衡算已知：進料/h，kmol/h，，根據(jù)物料衡算方程解得采用泡點進料q=1，由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法求得進料溫度為℃此溫度下，表23物料衡算結(jié)果表物料流量（kmol/h）組成物料物流（kmol/h）進料塔頂產(chǎn)品D塔底殘液W225.73987.819137.920.39060.99860.003483精餾段上升蒸汽量提餾段上升蒸汽量精餾段下降液體量提餾段下降液體量268.942268.942182.66408.3994.4回收塔物料衡算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