年產(chǎn)1萬(wàn)噸二甲醚液化汽項(xiàng)目可研報(bào)告

年產(chǎn)1萬(wàn)噸二甲醚液化汽項(xiàng)目可研報(bào)告一、 概論：能源、環(huán)境和人口是當(dāng)今全球發(fā)展戰(zhàn)略的三大問(wèn)題，能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略物質(zhì)。根據(jù)已探明的能源存儲(chǔ)量預(yù)測(cè)：全球石油可再維持30～50年，天然氣可維持70～80年，煤可維持200～300年。我國(guó)是一個(gè)“油少氣中煤豐人多”的大國(guó)。面對(duì)石油的短缺，面對(duì)能源的不可再生性，面對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，可持續(xù)發(fā)展受能源制約尤為突出。國(guó)外早已提出代用燃料和燃料清潔化的開(kāi)發(fā)方向。近年，歐美、日、韓等發(fā)達(dá)國(guó)家十分看好二甲醚的市場(chǎng)前景和環(huán)保效益，紛紛開(kāi)展二甲醚燃料發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車的研發(fā)，在歐洲和日本，已分別研制出燃用二甲醚的大客車樣車和卡車樣車。北京、上海、廣州、香港等大城市紛紛推出“雙燃料汽車”、“乙醇汽車”、“甲醇汽車”上路。我國(guó)政府近年來(lái)反復(fù)強(qiáng)調(diào)抓緊這項(xiàng)工作。早在2001年，朱鎔基總理就采納了專家建議，批發(fā)“利用現(xiàn)有化肥廠合成氨改造生產(chǎn)甲醇”的文件。二、 二甲醚的特性和用途：二甲醚乃甲醇的純衍生物，其分子結(jié)構(gòu)為兩頭各一個(gè)甲基中間連接一個(gè)氧（CH3—O—CH3），也稱甲醚，縮寫DME，由其化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，賦予其許多獨(dú)特的理化性能，也賦予其廣泛的用途：（一）可作民用燃料代替液化石油氣（LPG）：37.8℃時(shí)其蒸汽壓低于1380kpa，符合民用液化石油氣（LPG）的要求(標(biāo)準(zhǔn)GB11174—89)，在由甲醇轉(zhuǎn)化為二甲醚的過(guò)程中，已由高毒（甲醇）轉(zhuǎn)化為低毒（二甲醚），使用的安全性提高了。二甲醚系無(wú)色無(wú)毒氣體或壓縮液體，沸點(diǎn)-24℃，凝固點(diǎn)-140℃，有輕微的醚香味，性質(zhì)非常穩(wěn)定，不易氧化不易氯化，長(zhǎng)期暴露于空氣中不會(huì)被氧化，無(wú)腐蝕性，無(wú)致癌性。室溫下的蒸汽壓力約為0.5MPa（與液化石油氣物理性質(zhì)很相似），其飽和蒸汽壓低于液化石油氣，（液化石油氣的飽和蒸汽壓為60℃時(shí)1.92MPa），現(xiàn)行用于LPG的氣罐和灶具均可共用。二甲醚在空氣中的爆炸極限為3～17％，爆炸下限比LPG高一倍，使用更安全，總之，儲(chǔ)存運(yùn)輸使用都安全。二甲醚碳鏈短，自身含氧，組分單一，所以燃燒性能好，熱效率高，燃燒過(guò)程無(wú)黑煙，清潔。二甲醚的平均熱值雖較液化石油氣低，但因它本身含氧，在燃燒過(guò)程中所需的理論空氣量遠(yuǎn)低于液化石油氣，使得二甲醚預(yù)混氣的熱值和理論燃燒溫度接近于液化石油氣。由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，二甲醚與極性、非極性物質(zhì)有較高的互溶性，摻入液化石油氣、天然氣、城市煤氣混燒，不但能帶動(dòng)殘液（液化石油氣中的不揮發(fā)組分，主要是C5）揮發(fā)，而且能幫助燃燒（加氧），改善燃?xì)赓|(zhì)量，提高熱值。經(jīng)國(guó)家燃?xì)馊季咧行臏y(cè)定，室內(nèi)空氣有害物質(zhì)（排放量）均達(dá)標(biāo)，有些項(xiàng)目還低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（詳見(jiàn)報(bào)告）。（二）作汽車（機(jī)動(dòng)車）燃料：使用二甲醚或二甲醚——汽油混合物作汽車燃料時(shí)，油箱要改成密封型，能大大降低尾氣中CO、NOX、HC等有害物質(zhì)的排放量，車尾氣不需要催化轉(zhuǎn)化處理，就能達(dá)標(biāo)，而且噪音小，二甲醚確是優(yōu)良的無(wú)鉛汽油添加劑；在高寒地區(qū)，二甲醚基本上呈液態(tài)，可以較大比例與汽油混合，不會(huì)存在氣阻問(wèn)題。“汽油無(wú)鉛化”、“汽車柴油化”已是潮流所趨！二甲醚是一種理想的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，其十六烷值達(dá)55～66，高于柴油44～55的水平，自燃溫度低，本身含氧，尾氣黑煙很少，對(duì)金屬腐蝕小，對(duì)燃油系統(tǒng)的材質(zhì)也無(wú)特殊要求。二甲醚發(fā)動(dòng)機(jī)的功率比柴油發(fā)動(dòng)機(jī)功率高10％～15％，噪音可降低10～15分貝（dH），排放尾氣中NOX，CO和HC分別為柴油機(jī)的30％、40％、50％，符合歐共體III級(jí)和美國(guó)加州超低排放ULEV標(biāo)準(zhǔn)，是一種理想的潔凈的柴油替代品。柴油機(jī)（壓燃式）比汽油機(jī)（火花點(diǎn)燃式）循環(huán)的熱效率要高7～9％，從燃料更有效的利用角度，提倡汽車“柴油化”。通過(guò)西安交大測(cè)試二甲醚代替柴油的優(yōu)點(diǎn)：①同樣發(fā)動(dòng)機(jī)功率要提高16％，熱效率提高2～3％；②在所有工況基本無(wú)煙運(yùn)行；③NOX排量是燃用柴油的60％（氣缸中燃燒溫度低）；④HC/CO的排放下降40％；⑤氣缸中最高壓力下降7～9MPa，氣缸中的壓力升高率也相應(yīng)降低，從0.6MPa/℃?A（度，曲軸轉(zhuǎn)角）下降到0.28～0.47MPa/℃?A,從而使工作時(shí)噪音下降10～15分貝，對(duì)氣缸的強(qiáng)度要求也相應(yīng)降低；⑥在柴油機(jī)中用二甲醚替代，能滿足歐共體III級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，有進(jìn)一步達(dá)到歐IV標(biāo)準(zhǔn)的潛力。2005年5月16日，由上海交大、上汽集團(tuán)、華誼集團(tuán)等合作研制的我國(guó)第一臺(tái)以二甲醚為燃料的城市公交試驗(yàn)車正式面市。經(jīng)國(guó)家權(quán)威部門檢測(cè)，這輛新型客車動(dòng)力強(qiáng)勁，車內(nèi)噪音比原型車下降2.5分貝，排放遠(yuǎn)優(yōu)于歐Ⅲ排放限值，碳煙排放幾乎為零，能徹底解決城市公交車冒黑煙問(wèn)題。今年上海把二甲醚汽車產(chǎn)業(yè)化列為清潔燃料汽車攻關(guān)項(xiàng)目，計(jì)劃年底在上海建成首條二甲醚公交示范線路。我公司裝置的第一臺(tái)無(wú)煙柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，2003年10月在穗試車。該發(fā)動(dòng)機(jī)系一般普通發(fā)動(dòng)機(jī)，只是采用電子監(jiān)控技術(shù)：當(dāng)尾氣有害氣體（CO/HC）超過(guò)規(guī)定的濃度時(shí)，電子系統(tǒng)就指令燃料系統(tǒng)的調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)加大含氧物質(zhì)（二甲醚）的進(jìn)入量，從而保證燃料充分燃燒；當(dāng)尾氣的有害氣體含量降到規(guī)定的濃度值時(shí)，電子系統(tǒng)就指令燃料系統(tǒng)的調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)自動(dòng)減小或者關(guān)閉含氧物質(zhì)的進(jìn)入量，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)煙燃燒。這套節(jié)能裝置，適用于各種車船發(fā)動(dòng)機(jī)，全套裝置費(fèi)1200元，已申報(bào)國(guó)家專利。經(jīng)測(cè)試，一臺(tái)6匹馬力柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，安裝了該節(jié)能裝置之后，尾氣顆粒物含量為0.1ppm以下，CO、NOX、HC含量降到歐共體II級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速?gòu)?200轉(zhuǎn)/分提高到2800轉(zhuǎn)/分，噪音降低了15分貝(dH)，用油減少20％（但用去的二甲醚為總用油量的10％）。在發(fā)展二甲醚燃料的前中期階段，這種裝置裝在“雙燃料”車上，更能突顯二甲醚燃料的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)。二甲醚作為理想的柴油替代燃料已得到舉世公認(rèn)，其市場(chǎng)化需要一個(gè)過(guò)程，但這個(gè)過(guò)程不會(huì)太長(zhǎng)，有眼光的能人志士、企業(yè)家、科技工作者都在為縮短這個(gè)過(guò)程而不懈努力，為把煤田變成“油田”而奮斗。（三）當(dāng)使用氯氟烴類（氟利昂）作氣霧劑、制冷劑、發(fā)泡劑時(shí)，由于其對(duì)大氣臭氧層的嚴(yán)重破壞，威脅人類的健康和生存，在發(fā)達(dá)國(guó)家已被明令禁止，代之而起的是碳?xì)浠衔镱惾绫?、丁烷，但這些物質(zhì)存在許多缺點(diǎn)：①存在VOCS（有機(jī)化合物過(guò)渡蒸發(fā)）及GWP（溫室效應(yīng)）問(wèn)題；②它們又屬油性物質(zhì)，不易與其他物質(zhì)（特別是水溶性物質(zhì)）相溶，氣霧效果不理想（使用時(shí)需搖動(dòng)氣化）；③燃燒強(qiáng)度、速度、爆炸性均比二甲醚強(qiáng)（不太安全）。而二甲醚粘性小，氣化量大，與一般有機(jī)溶劑可以互溶，與水有高的互溶性（可降低其燃燒性），化學(xué)穩(wěn)定性好，不生成過(guò)氧化物，不起氯化反應(yīng)，不與其他組分產(chǎn)生作用，不破壞效率，不腐蝕材料，而且不會(huì)對(duì)臭氧層構(gòu)成危害，理化性能很適合作制冷劑、氣霧劑、發(fā)泡劑。（四）二甲醚又是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的許多領(lǐng)域。例如：可用于許多精細(xì)化學(xué)品的合成；可作為合成汽油和烯烴的中間體；可用作麻醉劑（高濃度時(shí)）；羥基化制乙酸甲脂、乙酐，甲基化制藥物、農(nóng)藥、染料，烷基化制NN’—二甲基苯胺，同系化制乙酸乙脂、乙酐，氰化氫化制乙腈，與CO2反應(yīng)生成甲氧基乙酸，與發(fā)煙硫酸或三氧化硫反應(yīng)生成硫酸二甲脂，合成低碳烯烴（乃國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一）等等。二甲醚是煤化工“一碳化學(xué)”中的拳頭產(chǎn)品，用途既廣泛又獨(dú)特，與石油產(chǎn)品同等重要。可以深信，隨著上述系列產(chǎn)品的逐步開(kāi)發(fā)成功，二甲醚無(wú)疑是煤化工與石油化工有機(jī)結(jié)合的一枝新秀，巨大的市場(chǎng)潛力和新技術(shù)的交叉滲透為它開(kāi)辟了廣闊的發(fā)展空間。三、 二甲醚生產(chǎn)工藝1、工藝方案的選擇二甲醚的生產(chǎn)工藝基本上有兩種：一步法，二步法。一步法是合成氣（CO/H2）在多功能催化劑作用下“直接”合成二甲醚。其反應(yīng)機(jī)理也是合成氣先合成甲醇，然后甲醇在具有第二功能作用的催化劑的作用下再合成二甲醚，兩步反應(yīng)都是在同一個(gè)塔（器）內(nèi)完成，只不過(guò)在第一步合成的甲醇不把它單獨(dú)分離出來(lái)而已，而直接就再合成二甲醚。合成氣（氣相）也是跟固體催化劑接觸。一步法主要是集中在研制合適的多功能催化劑上以及CO2的利用問(wèn)題，單獨(dú)建廠投資大，而改造現(xiàn)有甲醇生產(chǎn)線，似乎又有點(diǎn)不合算，因?yàn)榧状急旧硪咽且粋€(gè)很有價(jià)值的終端產(chǎn)品，一旦二甲醚市場(chǎng)有變（因種種原因），哪怕是暫時(shí)性的，這時(shí)，甲醇尚可作獨(dú)立產(chǎn)品銷售。有專家認(rèn)證一步法的生產(chǎn)成本僅比二步法的略低（每噸二甲醚低5美元），再說(shuō)，我國(guó)大多數(shù)化肥廠都已聯(lián)產(chǎn)甲醇，就可直接轉(zhuǎn)化成二甲醚了。目前一步法在國(guó)內(nèi)僅處于中試階段，成熟尚待時(shí)日。二步法是先生產(chǎn)甲醇，然后再由甲醇脫水。二步法又有兩種工藝，一種是甲醇?xì)庀嗝撍环N是甲醇液相脫水，都比較傳統(tǒng)。產(chǎn)品純度高，工藝成熟，裝置適應(yīng)性廣，綜合競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)，二步法仍然是目前國(guó)內(nèi)外二甲醚生產(chǎn)的主要工藝路線。在發(fā)展清潔燃料二甲醚的前中期，采用二步法還是比較符合國(guó)情的，有人把二步法比作把銀子變成金子。原廣東中山凱達(dá)公司可能是我國(guó)最早采用二步法氣相脫水工藝生產(chǎn)二甲醚的一家國(guó)企，據(jù)反映，成本還是有點(diǎn)偏高。先把液體甲醇變成甲醇蒸汽，再把蒸汽甲醇在350-400℃高溫、1.47MPa壓力條件下，通過(guò)固體催化劑脫水變成二甲醚，我們認(rèn)為此工藝有幾點(diǎn)不足之處:①把液態(tài)甲醇加熱，變成氣態(tài)甲醇是多余的，而且要多消耗一部分能量，兩個(gè)分子的甲醇分子間脫一個(gè)分子的水生成一分子的二甲醚，最終也要產(chǎn)生一分子的水，這一分子的水最終也要把它蒸出，為什么還要把甲醇先蒸一遍呢？這可能跟選擇的固體催化劑有關(guān)，因?yàn)橹挥袣庀嗉状紝?duì)固體催化劑的強(qiáng)度破壞較小，而且接觸相對(duì)較為均勻，換而言之，氣相分子較易鉆進(jìn)固體催化劑顆粒中的縫隙；②正因?yàn)椴捎霉腆w催化劑，所以氣體甲醇與固體催化劑接觸不是很充分徹底，故轉(zhuǎn)化率、選擇性不理想；③采用固體催化劑，反應(yīng)溫度要高到350-400℃，在此溫度下反應(yīng)，甲醇容易生成諸如甲醛等的副產(chǎn)物；④反應(yīng)壓力也要高到1.47MPa，在此壓力下操作，相對(duì)地也不是很安全；⑤催化劑要單獨(dú)再生。而采用本公司開(kāi)發(fā)的陽(yáng)離子型液相催化反應(yīng)生產(chǎn)二甲醚的方法，就可以克服氣相脫水工藝存在的缺陷。它采用“陽(yáng)離子型液體催化劑”、“甲醇液相脫水”，液相催化劑與液相甲醇接觸最充分，在反應(yīng)的瞬間，幾乎每個(gè)（液態(tài)）甲醇分子都有機(jī)會(huì)與催化劑（液態(tài)）接觸，因此，甲醇的轉(zhuǎn)化率是目前所有工藝中最高的，二甲醚的選擇性也最好，二甲醚分子極易脫離（液相）分離提純，因此具有純度高、收率高、消耗低、成本低、投資少的“二高三低”的優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。該法具有六大優(yōu)點(diǎn)：催化劑和反應(yīng)物均系液相，反應(yīng)充分、徹底，因而，甲醇單程轉(zhuǎn)化率高（≥90％），二甲醚選擇性好（≥99.5％），能耗少（一噸二甲醚只需1.42噸甲醇）；催化劑的再生與反應(yīng)過(guò)程同步，即在產(chǎn)氣的同時(shí)就完成了催化劑的再生，勿須單獨(dú)再生；液體甲醇在較低溫度（118-125℃），較低壓力（～0.1MPa）條件下反應(yīng)，不易生成副產(chǎn)物。甲醇不須汽化，因此能耗低，反應(yīng)平和、穩(wěn)定安全；易控制操作、易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化自動(dòng)化；無(wú)腐蝕無(wú)污染；易分離提純，副產(chǎn)物少，產(chǎn)品純度高（99-99.9％）。對(duì)于此工藝，人們最擔(dān)心的就是它的腐蝕性問(wèn)題，但是經(jīng)過(guò)多個(gè)廠的生產(chǎn)實(shí)踐證明，此工藝無(wú)腐蝕性。2、工藝簡(jiǎn)述2.1簡(jiǎn)述：反應(yīng)物甲醇與催化劑在反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)，產(chǎn)生氣體含二甲醚、甲醇、水分、鹽類、酸性物等，經(jīng)冷凝分離，將未參與反應(yīng)的大部分甲醇，水、等冷凝下來(lái)，氣體進(jìn)一步洗滌凈化，一級(jí)壓縮冷卻即為粗醚由，粗醚減壓再經(jīng)二級(jí)壓縮即成精醚。經(jīng)冷凝分離下來(lái)地冷凝液及洗滌液經(jīng)精餾得的甲醇回反應(yīng)器反應(yīng)，蒸餾廢液引到中和池調(diào)整PH值達(dá)標(biāo)后排放，通過(guò)化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，定期定量補(bǔ)充催化劑（不需要單獨(dú)再生）。2.2工藝示意簡(jiǎn)圖：2.3工藝操作參數(shù)：①反應(yīng)器溫度：118～125℃②反應(yīng)器壓力：～0.10MPa③甲醇精餾塔溫度：65～70℃④一號(hào)壓縮進(jìn)口壓力：0.07MPa溫度：～40℃出口壓力：0.53MPa溫度：～120℃二號(hào)壓縮進(jìn)口壓力：0.12MPa溫度：～38℃出口壓力：0.58MPa溫度：～115℃⑤冷卻循環(huán)水：壓力：0.3MPa溫度：～32℃冷排水量：60m3/h3、工藝（裝置）技術(shù)特點(diǎn)：3.1裝置簡(jiǎn)捷、明朗，生產(chǎn)線清晰、流暢；3.2反應(yīng)器設(shè)計(jì)科學(xué)合理，物料攪拌充分，均勻、動(dòng)力小、效率高、選擇性好、轉(zhuǎn)化率高；3.3反應(yīng)器進(jìn)料管采用耐高溫耐腐蝕且具有彈性材料制作，進(jìn)料口短接采用填料涵密封，保證設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行不泄漏；3.4隨停隨開(kāi)，無(wú)預(yù)備期，靈活性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，設(shè)置自動(dòng)報(bào)警器，安全系數(shù)大；3.5反應(yīng)器蒸汽冷凝水（～95℃）經(jīng)過(guò)疏水閥以及換熱冷凝器出來(lái)的熱水供甲醇回收液精餾用，精餾出來(lái)的熱水供粗醚減壓蒸發(fā)提純用，（逐級(jí)降溫）這部分冷卻水（水溫25℃左右又返回循環(huán)冷卻池，又用冷卻池的水去冷卻冷凝換熱器，如此循環(huán)，達(dá)到最佳的熱平衡狀態(tài)，減少能源消耗。3.6因?yàn)榇呋瘎┑脑偕c反應(yīng)過(guò)程同步，即在產(chǎn)出氣的同時(shí)就完成了催化劑的再生，省掉再生工序（器），只需定時(shí)定量補(bǔ)充，所以省時(shí)省力，相應(yīng)提高設(shè)備利用率；3.7每個(gè)系統(tǒng)（塔器）的底部都設(shè)置集液（回收）斗，這樣所有的“殘液“都能回收，其有效成分得到充分回收利用，故產(chǎn)率就高；4.8所有“殘液”都遵循“先回收后調(diào)整”的原則，將其有效成分加以回收利用后流經(jīng)處理池達(dá)標(biāo)排放。所有過(guò)程緩轉(zhuǎn)流暢自然，效果理想。四、 該工藝操作指標(biāo)如下：（1）甲醇單程轉(zhuǎn)化率>90％（2）二甲醚選擇性≥99.5％（3）反應(yīng)溫度115～125℃（