年產20萬噸甲醇制二甲醚生產工藝初步《化工設計》課程設計說明書

1、化工設計課程設計說明書年產20萬噸甲醇制二甲醚生產工藝初步設計學生學號： 學生姓名： 專業(yè)班級： 化工工藝 指導教師： 起止日期： 2012.11.262012.12.21 化工設計課程設計任務書一、化工課程設計題目年產20萬噸甲醇制二甲醚生產工藝的初步設計二、化工課程設計要求及原始數據（資料）：操作方式：連續(xù)操作產品品種： 二甲醚擬建規(guī)模：20萬噸/年年操作日：365天汽化塔：原料粗甲醇純度90%（質量分數，下同），塔頂甲醇氣體純度99%，釜液甲醇含量0.5%；合成塔：選擇g-Al2O3做催化劑，轉化率80%，選擇性99.9%，脫水溫度選擇300攝氏度。精餾塔：塔頂二甲醚純度“99.9%”釜

2、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%。三、化工課程設計主要內容：1、緒論2、生產流程或方法的確定3、物料衡算和熱量衡算4、主要工藝設備的計算及選型（包括設備一覽表）5、原材料、動力消耗定額及消耗量6、參考文獻7、致謝8、附圖（帶控制點的工藝流程圖和關鍵設備的結構圖）四、時間安排：共設計四周，前2周收集資料，進行工藝流程的設計、物料和熱量衡算，后兩周進行設計說明書的撰寫、工藝流程圖和設備圖的繪制。五、學生應交出的設計文件：課程設計說明書一本帶控制點的工藝流程圖一套（要求手工繪制2#圖紙）主要設備結構圖一套（要求CAD繪制，2#圖紙）六、主要參考文獻（資料）

3、：1、化工設計王靜康主編 1995年版 化學工業(yè)出版社出版2、化工原理（上、下） 2001年版天津大學化工原理教研室編 天津科學技術出版社出版3專業(yè)班級 化工工藝0904 學生 武曉佩 要求設計工作起止日期 2012年11月25日 至2012年12月21日 指導教師簽字 日期 教研室主任簽字 日期 系主任批準簽字 日期 摘要作為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的物理性質相類似的化學品，在燃燒時不會產生破壞環(huán)境的氣體，能便宜而大量地生產。與甲烷一樣，被期望成為21世紀的能源之一。目前生產的二甲醚基本上由甲醇脫水制得，即先合成甲醇，然后經甲醇脫水制成二甲

4、醚。甲醇脫水制二甲醚分為液相法和氣相法兩種工藝，本設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-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。主要完成以下工作：1）精餾用到的二甲醚分離塔和甲醇回收塔的塔高、塔徑、塔板布置等的設計；2）所需換熱器、泵的計算及選型；關鍵詞：二甲醚，甲醇，工藝設計。Abstract: As LPG and oil alternative fuel, DME has drawn attentions at present. Physical properties of DME is

5、similar for LPG, and dont produce combustion gas to damage the environment, so, It can be produced largely. Like methane, DME is expected to become 21st century energy resources., DME is prepared by methanol dehydration, namely, synthetic methanol first and then methanol dehydration to dimethyl ethe

6、rby methanol dehydration. Methanol dehydration to DME is divided into two kinds of liquid phase and gas-phase process. This design uses a process gas of dimethyl ether prepared by dimethyl. Heating methanol to evaporation, methanol vapor through the -AL 2O3 catalyst bed, vapor methanol dehydration t

7、o dimethyl etherby.  This process is made of methanol process heating, evaporation, dehydration of methanol, dimethyl ether condensation and distillation etc. Completed for the following work: 1) Distillation tower used in separation of dimethyl ether and methanol recovery , column height of to

8、wer ,diameter, arrangement of column plate etc;2) The calculation and selection of heat exchanger, pump; Key words: dimethyl ether, methanol, process design- III -目 錄摘要前言化工設計課程設計任務書I前 言11 文獻綜述11.1 二甲醚概述11.1.1 二甲醚的發(fā)展現狀11.1.2 二甲醚的傳統領域的應用及其拓展11.2國內二甲醚市場簡況21.2.1現狀21.2.2 國內市場預測41.3國外二甲醚市場簡況51.3.1現狀51.3.2

9、 國外市場預測61.4 原料說明71.6 二甲醚的主要技術指標81.6.1技術要求81.6.2試驗方法92 DME產品方案及生產規(guī)模112.1 產品品種、規(guī)格、質量指標及擬建規(guī)模112.2 產品規(guī)格、質量指標112.3 產品方案分析及生產規(guī)模分析123 工藝流程介紹123.1生產方法簡述123.2工藝流程說明143.3生產工藝特點163.4主要工藝指標163.4.1 二甲醚產品指標163.4.2 催化劑的使用174主要塔設備計算及選型174.1 汽化塔及其附屬設備的計算選型174.1.1 物料衡算174.1.2 熱量衡算194.1.3 理論板數、塔徑、填料選擇及填料層高度的計算214.1.4

10、汽化塔附屬設備的選型計算254.2 合成塔及其附屬設備的計算選型264.2.1 物料衡算264.2.2 合成塔的選取選?。?64.2.3 熱量衡算及附屬設備的選型計算264.3 精餾塔及其附屬設備的計算選型294.3.1 物料衡算304.3.2 熱量衡算304.3.3 理論塔板數的計算324.3.4 初餾塔主要尺寸的設計計算324.3.5塔徑設計計算344.3.6 填料層高度的計算354.3.7 附屬設備的選型計算354.4 回收塔及其附屬設備的計算選型364.5.1 物料衡算364.4.2 熱量衡算384.4.3 理論塔板數的計算394.4.4 回收塔主要尺寸的設計計算404.4.5塔徑設計

11、計算414.4.6 填料層高度的計算424.4.7 附屬設備的選型計算43致謝45參考文獻46附錄1.主要設備一覽表471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品之一。二甲醚的理化性質比較獨特，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

12、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?。唬?）技術可行、成熟，可在大范圍內使用；（4）經濟可行，其成本有競爭力；（5）易于實現，其運行所需要的基礎設施和現有基礎設施基本相容，不需要另裝一套裝置。本設計流程簡潔明暢，工藝條件溫和，操作簡易方便。而且設備臺數較少，設備制作立足于國內現狀，均能在國內制造而不需進口，可大大降低項目投資。按國家現行基本建設政策和市場價格對本項目進行了財務評價計算。工程總投資估算值14300萬元，項目的內部收益率所得稅前為13.82%，高于基準收益率12%。其它各項效益指

13、標及盈虧平衡分析結果均表明本項目具有很強的抗風險能力。上述各方面問題的研究結果表明，10萬噸/年二甲醚項目符合國家產業(yè)政策和未來能源市場發(fā)展方向，市場預測樂觀，工藝方案合理，工藝技術成熟可靠，投資估算和財務評價結果也表明項目經濟效益明顯。本設計包括設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，工藝設備的設計及選型，廠房平面布置，還有進行初步的經濟分析等。圖紙包括工藝流程圖，主設備圖，車間布置平面等。設計者：武曉佩2012年11月25日1 文獻綜述1.1 二甲醚概述1.1.1 二甲醚的發(fā)展現狀 自20世紀70年代，二甲醚開始被用作氣霧劑，以取代破壞臭氧的氟利昂。近幾年

14、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、可替代車用燃料的“21世紀的綠色燃料”。隨著環(huán)境污染的日益嚴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。二甲醚是21世紀的超清潔燃料，無論是作為民用燃料、或替代柴油、汽油作為汽車燃料、或是用于發(fā)電，其制備、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

15、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新。1.1.2 二甲醚的傳統領域的應用及其拓展（1）傳統領域的應用第一，做氣霧劑、制冷劑和發(fā)泡劑。DME作為停止使用的氯氟烴的替代物，在氣霧劑制品中顯示出良好的性能，如：不污染環(huán)境，對臭氧破壞系數為零；DME在水中溶解度為34%，若加6%的乙醇，則可與水混溶，它與各種樹脂也有極高的溶解能力；毒性很微弱，用在化妝品上觀察不到有什么問題；可用水或氟制劑作阻燃劑；使噴霧產品不易致潮，加之與其他氣霧劑相比，其成本低、價格便宜從而被認為是新一代理想的氣霧推進劑。在西歐各國已經成為民用氣溶膠制品的氯氟烴的替代品。目前DME在世界噴射劑的用量中居

16、第二位，僅次于碳氫化合物，其次，由于DME容易液化的特性，許多國家正在開發(fā)以DME代替氯氟烴做制冷劑的技術。Bohnenn報道了用DME與氟里昂混合制成特種制冷劑，通過大量實驗后，認為隨著DME含量的增加，制冷能力增加，能耗降低并且在冷凍食品時可免除異味和臭味。另外Kohl等人報道了以DME、丙烷、丁烷制無氟制冷劑的方法。第二，DME作為化學中間體，主要用于制造硫酸二甲酯。DME同發(fā)煙硫酸反應可以生成硫酸二甲酯；同苯胺反應生成高純N，N-二甲基苯胺，脫水成乙烯，羰基化可以制取醋酸甲酯；與硫化氫反應生成二甲基硫醚，進而可生成二甲基亞砜。除此之外DME還是重要的化工原料,可用于許多精細化學品的合成

17、,同時在輕化、制藥、燃料、農藥等工業(yè)中有許多獨特的用途。（2）新近拓展的應用領域作為新型高效清潔燃料是DME應用領域的一個嶄新的拓展應用領域。 DME作為民用燃料比液化氣具有更優(yōu)良的物理化學性能（如表1，表2所示）。由于DME的分子結構與烴類不同，只有C-H與C-O鍵，沒有C-C鍵，所以燃燒時無黑煙，CO與NOx排放量很低，符合潔凈燃料的要求；而且燃燒性能良好，燃燒廢氣無毒，完全符合衛(wèi)生標準；單一組成，無殘液；在室溫下可壓縮成液體，用現有的液化石油氣罐盛裝，燃具與LPG基本通用，是優(yōu)良的民用潔凈燃料。當溫度在378時，二甲醚的蒸汽壓低于1378kPa，符合液化石油氣的要求（如表1-1

18、）所示。表1 DME液化氣與液化石油氣性質比較項目分子量壓力Mpa(60)燃燒溫度爆炸下限%理論空氣量預混氣熱值KJ/ m3LPGDME56.646.071.921.35205522501.73.4511.326.9639034219表2 DME與0柴油的比較對比項目DME0柴油分子量46.07190220沸點（）-24.9180360十六烷值55604050低熱值（kJ/kg）2884042500理論空燃比914.6氧含量（%）34.8硫化物有1.2國內二甲醚市場簡況1.2.1現狀中國DME生產起步較晚，但發(fā)展加快。1994年廣東中山化工廠建成2500噸/年DME生產裝置。此前，只有江蘇昆山

19、化工廠有少量生產。近幾年，國內陸續(xù)又有一些廠家投產DME，其中生產規(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及瀘天化公司等企業(yè)，年總產量已超過50萬噸。近年來，我國DME的生產發(fā)展迅速。2002年全國DME總生產能力僅有3.18萬噸/年，產量約為2萬噸/年，開工率處于63的較低水平。到2006年，發(fā)展到30多家生產企業(yè)，年生產能力約48萬噸，產量約32萬噸，開工率67%。4年間能力和產量迅速增長，起年均增長率分別為79%和96%。 寧夏銀川正在籌劃的年產83萬噸DME項目，計劃今年年

20、底投產，初步決定采用美國空氣產品與化學品公司技術。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、原化工部第二設計院、中國成達化學工程公司等參與合作。該項目將由煤炭為起始原料生產DME。項目建設將分二個階段，第一階段生產21萬噸/年，第二階段再擴增62萬噸/年。由美國貿易發(fā)展署出資援助招標、美國福陸公司中標所作的寧夏煤基DME（一期）83萬噸年項目報告已于2004年4月完成，后因資金技術問題項目尚未啟動。寧夏煤炭資源豐富，但因為地處西部，且鄰省陜西、內蒙古、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業(yè)，建設大型DME廠是其中一項。美國政府出資

21、67.5萬美元對該項目給予援助。表3 2006年我國DME主要生產廠家及其能力企 業(yè)生產工藝生產能力（噸/年）廣東中山凱達有限公司重慶英力燃化有限公司江蘇昆山化工廠武漢青江公司吳縣合成化學廠上海申威氣霧劑公司河南沁陽紫陽鄉(xiāng)河南內鄉(xiāng)化工局無錫新苑化工集團貴州宏華新能源公司榆次燃料化工公司安徽蒙城化肥廠義烏光陽化工公司渭河煤化工集團公司陜西新型燃料燃具公司山西渾源化肥廠山東臨沂魯明化工有限公司湖北田力實業(yè)公司廣州廣氮集團公司云南解化集團公司山東久泰股份有限公司湖南雪納新能源有限公司中國瀘天化股份有限公司中國瀘天化股份有限公司山西潞安陜西神華寧夏銀川內蒙古鄂爾多斯市-山東臨沂市兩步法-氣相脫水漿態(tài)床

22、一步法兩步法-氣相脫水兩步法-液相脫水兩步法-氣相脫水兩步法-氣相脫水兩步法-氣相脫水兩步法-氣相脫水兩步法-氣相脫水兩步法-氣相脫水兩步法-氣相脫水兩步法-氣相脫水兩步法-氣相脫水兩步法-氣相脫水兩步法-氣相脫水漿態(tài)床一步法兩步法-液相脫水固定床一步法兩步法-氣相脫水兩步法-液相脫水兩步法-液相脫水兩步法-氣相脫水兩步法-氣相脫水兩步法-氣相脫水古定床一步法流態(tài)床一步法流態(tài)床一步法流態(tài)床一步法12500（94/98年分期投產）3000（04年4月試產/已停）1000（91年3月試產）1500（95年9月試產）1000（96年7月試產）800（95年3月試產）10000（04年1月試產）100

23、00（04年8月試產）10000（03年5月試產）5000（05年3月試產）10000（04年12月試產）5000（04年10月試產）2500（98年9月試產）10000（05年10月試產）500（97年6月試產）5000（01年1月試產）5000（04年12月試產）1500（97年9月試產，現停產）5000（98年10月試產）5000（06年2月試產）30000（05年12月試產）30000（05年11月投產）10000（03年8月投產）100000（05年9月投產）150000（籌建中）200000（籌建中）830000（籌建中）1000000（籌建中）近幾年DME生產規(guī)模較大的有山東臨沂

24、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)，年總產量已超過10萬噸。國內上述大部分企業(yè)生產的DME產品主要面向氣霧劑市場，到2005年底為止，我國DME的正常生產能力為15-20萬噸/年。1.2.2 國內市場預測第一，DME作為柴油替代燃料或摻燒汽油市場。隨著國民經濟的發(fā)展，我國對柴油和汽油的需求量每年增長的幅度不斷加大。統計數據顯示，目前柴油的需求量每年的速度增長為7%，預計到2010年我國對進口石油的依存度將超過50%。尤其是我國環(huán)保能源特別是潔凈車用燃料一直十分緊缺，因此發(fā)展清潔車用燃料成

25、為我國經濟高速發(fā)展面臨的現實問題。DME作為柴油替代能源在性能上具有明顯的優(yōu)勢，而作為汽油添加劑進行摻燒在理論上證明可以提升汽油的品質，且技術方面不存在難以克服的問題，因此這是一個普遍看好的市場。第二，DME混烴燃料市場。目前我國液化氣年消費量在3500萬4000萬噸，每年約需進口2000萬噸。DME作為超潔凈能源，與液化氣相比在性能上具有顯著的優(yōu)勢。如果用DME替代進口液化氣，將至少形成約2000萬噸年的DME需求。第三，DME作為日用化工原料及化工中間體市場。DME除作為燃料以外，主要用于制氣霧劑、制冷劑和發(fā)泡劑。DME進入這一市場的特點是附加值高，因而利潤空間極大。我國早期二甲醚的生產能

26、力很低，只有江蘇吳縣合成化上廠、武漢硫酸廠等少數幾個廠家生產，總產量約為3000噸/年，遠遠不能滿足國內市場的需求，高純度二甲醚(>99.9%)全部依賴進口。近年來，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，可用于生產燃料級（95%一98%)與化工級(>99%)二甲醚，特別適合于已有甲醇的中小氮肥廠建立中小規(guī)模(100住一3000噸/年)的生產裝置。上海石油化工研究院開發(fā)成功的二甲醚反應蒸餾新技術，具有過程簡單、投資省、消耗低、操作控制容易，不產生廢酸、廢渣和含酸廢水等優(yōu)點，甲醇單程轉化率達80%-85%，

27、選擇性大于99.9%?；げ课髂匣ぱ芯吭洪_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)的甲醇催化轉化二步法制二甲醚生產技術建立了2500噸/年生產裝置。生產高純度二甲醚，產品主要用作氣霧劑。最近，安徽省蒙城縣化肥廠也建立了2500噸/年高純度二甲醚生產裝置，產品純度達99.95%以上。山東臨沂已經建成30000噸/年二甲醚生產裝置，已于2005年10月份投產，同時也在規(guī)劃100萬噸/年二甲醚的項目。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

28、二甲醚作為燃料在我國的推廣和普及。純度大于95%的甲醚可作為液體石油氣替代燃料，若二甲醚能大規(guī)模地生產，顯著地降低成本，將能在國內促進二甲醚的消費，目前己在部分地區(qū)使用二甲醚，但因技術經濟上因生產規(guī)模太小而導致生產成本較高，影響其推廣應用。我國石油液化氣進口量近年迅速增加，19%年進口量為354.7萬噸，1998年達477萬噸，預計到2005年進口量達929萬噸，2010年將達1460萬噸。因此二甲醚作為替代燃料的市場非常廣闊。僅以西南地區(qū)的重慶、成都市為例，目前兩市的氣化率很高，基本上都是用天然氣，兩地的餐飲業(yè)十分發(fā)達，LPG消耗量極大，由于DME清潔燃燒完全、無黑煙、對人體無害，在餐飲業(yè)中

29、替代LPG具有無可比擬的優(yōu)勢。據保守估計，重慶市的LPG需求量在8萬/年，成都市的LPG需求量在5萬噸/年，四川省的總需求量在25萬噸/年，其市場前景非常樂觀。1.3國外二甲醚市場簡況1.3.1現狀目前世界上DME的生產主要集中在美國、德國、荷蘭和日本等國，2006年世界總生產能力預計29.4萬噸/年，產量約22萬噸，開工率75%。國外DME的主要生產廠家有美國的Dupont公司、荷蘭的AKZO公司、德國的DEA公司和 UnitedRhine Lignite Fuel 公司等，其中德國DEA公司的生產能力最大為6.5萬噸/年。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/CN

30、G的優(yōu)秀替代品，其作為燃料的市場血球增長將會非常驚人。2000年，全球有400萬輛LPG汽車，400萬輛乙醇汽車、100萬輛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）的汽車為42萬輛，預計2010年為330萬輛。目前美國替代燃料消費量折合當量汽油約為100萬噸（352×106加侖當量汽油），約占當年全部燃料消費量的0.2%。如果美國代用燃料的比例提高到5%，起需求量將達到2500萬噸，可見替代燃料的市場前景是相當可觀的20。亞洲地區(qū)是世界上柴油消費增長最快的地區(qū)，據國外研究機構預測，二甲醚作為替代燃料，2008年亞洲地區(qū)的年需求量達4000

31、萬噸，可見，由于二甲醚具有其它替代燃料不可比擬的優(yōu)勢，將會成為柴油的主要替代燃料，具有難以估量的市場前景。由于二甲醚的市場需求潛力十分巨大，在世界范圍內，其建設已經成為熱點項目，一些大型的二甲醚裝置已在積極籌建之中（見表1-4），如果這些項目到2010都建成投產將新增二甲醚生產能力793萬893萬噸。屆時世界二甲醚總能力將達到1082萬1182萬噸國外己有建設大型工業(yè)化DME裝置的計劃。日本東洋工程公司（TEC）完成建設單系列250萬噸/年 DME裝置的可行性驗證。采用天然氣生產甲醇再轉化成DME的二步法路線，以中東低價天然氣為原料，生產DME的成本為100120美元/噸。意味著DM

32、E作為清潔燃料可與LPG相競爭，DME與LPG相似，易于貯存在現有的LPG終端和用船舶運輸。TEC的流程組合MFR-Z甲醇工藝和采用專利鋁基催化劑的脫水新技術。裝置設計為10000噸/天甲醇設施，可提供70008000噸/天 DME反應器進料?？傎M用約6.6億美元，比單獨建設甲醇裝置僅高約10%。已于2007年建成。BP公司、印度天然氣管理局、印度石油公司合作投資6億美元（各持股50%、24%、24%）計劃建設商業(yè)規(guī)模的DME生產廠，建設工作已于2002年開始。擬采用托普索公司DME合成技術，利用24億立方米天然氣，年生產DME180萬噸，用以替代石腦油、柴油和LPG。已于2006年

33、元月投產，2007年向外供應DME。日本財團（三菱瓦斯化學公司、日揮公司、三菱重工公司和伊藤忠商事各持股25%）成立的合資公司將在澳大利亞建設大規(guī)模DME裝置。年生產DME140-240萬噸，于2006年投產，產品銷往日本和東南亞市場。日本千代田和石川島播磨重工公司聯合為日本JEE控股公司進行DME裝置工程設計，JEE公司是工程和鋼鐵控股公司，2002年由川崎鋼鐵和NKK公司聯合而成。JEE公司將在海外建設大規(guī)模DME裝置，于2006年建成。該裝置將采用JEE工藝從合成氣間接生產DME。JEE工藝DME裝置可使用天然氣、烴類和生物質作為原料。表4 籌建中的二甲醚裝置（不完全統計） 單位：萬噸/

34、年公司名稱生產能力建設地點投產日期日本財團（三菱瓦斯化學、日揮、三菱重工）140.0240.0澳大利亞（間接一步法）2006年日本東洋工程公司250中東（二步法）20052006某公司在伊朗建設80伊朗Zagros2006年規(guī)劃日本鋼管公司等8家170西澳大利亞（NG一步法）2006年開始規(guī)劃日本三菱瓦斯化學（MGC）150澳大利亞道達爾菲納埃爾夫公司和日本8家公司合作80小計873.0973.0世界2006年已有能力209.42010年合計能力1082.41182.41.3.2 國外市場預測目前，世界上二甲醚的總生產能力約為700萬噸/年，主要生產廠家有杜邦公司，德國聯合萊因褐煤燃料公司，德

35、國漢堡DMA公司，荷蘭阿克蘇公司，日本和我國臺灣省等。早期的二甲醚主要用作甲基化試劑用于生產硫酸二甲酷，1986年西歐生產的約2萬噸二甲醚，有9000噸用于生產硫酸二甲酷。隨著人們環(huán)保意識的增強，二甲醚在氣溶膠推進劑方面的用量逐年增加，1990年歐洲生產的4.5噸二甲醚，其中約有3.5萬噸用于氣溶膠工業(yè)，其它用作中間體。目前世界二甲醚的產量約為600萬噸/年，預計到2010年需求量可突破1100萬噸/年。當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。日本一個開發(fā)合成二甲醚技術的國家計劃已經展開，NKK公司、太平洋碳鋼公司和住友金屬工業(yè)公司將利用通產省提供的資金(1

36、8億日元)進行相關的研究與開發(fā)工作，目標是設計一種方法通過用煤氣和最新開發(fā)的催化劑直接合成低成本的二甲醚。去年印度石油公司、煤氣權力公司和石油研究院已經與阿莫科印度開發(fā)公司簽署了開發(fā)和銷售二甲醚作為多用途燃料的協議，使二甲醚商業(yè)化并提供技術，目前正著手可行性研究。阿莫科公司已與丹麥托普索公司（Haldor Topsoe）簽訂了進一步開發(fā)二甲醚技術的協議。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汽油作比較，認為直接合成二甲醚法在今后的實際應用中沒有問題，且成本方面具有較大競爭力。美國的有關試驗也證明，二甲醚作為柴油車燃料可以滿足嚴格的1988年美國加利福

37、尼亞超低排放交通工具法規(guī)的要求，經濟上也很合理。從二甲醚及柴油的消耗結果表明，按能耗計，低功率下，二甲醚消耗高于柴油，但在較高功率時，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。目前日本和印度都研究在中東建設大型二甲醚裝置，將二甲醚運回國內作發(fā)電燃料的可行性，其它許多發(fā)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。1.4 原料說明原料名稱：甲醇分子式CH3OH，相對

38、分子質量32.04。本設計采用的甲醇原料濃度為90%（質量分數）。（1）物理性質 甲醇是最簡單的飽和脂肪醇，密度0.791g/cm3，沸點63.8，自燃點38520，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）化學性質 甲醇作為最簡單的飽和脂肪醇因此具有脂肪醇的化學性質，即可進行氧化、酯化、羰基化、胺化、脫水等化學反應，在此只介紹幾種重要的化學反應。（1） 脫水反應甲醇在濃硫酸或其它催化劑

39、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： 2CH3OHCH3O CH3+H2O+Q H298=10.92KJ/mol副反應： CH3OHCO+2H2O 2CH3OHC2H4+2H2O 2CH3OHCH4+2 H2O +C CH3OCH3CH4+CO+ H2 CO+H2OCO2+ H2 （2） 氧化反應 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 甲醇可與多種無機酸和有機酸發(fā)生酯化反應，甲醇和硫酸發(fā)生酯化反應生成硫酸氫甲酯，硫酸氫甲酯經減壓蒸餾生成甲基化試劑硫酸二甲酯；（4） 羰基化反應 甲醇和光氣發(fā)生羰基化反應生成氯甲酸甲酯，進

40、一步反應生成碳酸二甲酯；（5） 裂解反應在銅催化劑上，甲醇可裂解生成CO和H2，1.5二甲醚的性質（1）化學性質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（產物取決于反應條件及催化劑）。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)生烷基化反應而生成甲苯、二甲苯及多烷基苯。二甲醚與一氧化碳反應可生成乙酸或乙酸甲脂；與二氧化碳反應則生成甲氧基乙酸。當與氰化氫反應時則生成乙腈。此外，二甲醚可與三氟化硼形成絡合物，其分子式（CH3）2OBF3，此絡合物在空氣中發(fā)煙，而在水或醇中則可分解。DME還可選擇性氯化為各種

41、氯化衍生物。無致癌性、腐蝕性甚微。（2）物理性質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)，在壓力儲罐內為液體。表5 DME的主要物理化學性質分子式CH3OCH3蒸汽壓（20）0.53MPa摩爾質量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）3.4526.7VOL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 1at

42、m）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 二甲醚的主要技術指標1.6.1技術要求高純度二甲醚的生產以甲醇為主要原材料，經過催化轉化制成燃料級二甲醚，再經精餾分離后制得高純度二甲醚氣體產品。其中含有微量雜質如N2、CH4、CO2、C2H4、C3H6

43、、及少量H2O、CH3OH等組分。本標準采用氣相色譜法，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：二甲醚氣體產品按有效組份含量的不同劃分為：A類-燃料級DME產品；B1類-溶劑、原料級DME產品；B2類制冷劑、推進劑級DME產品（表1-8）。表6 A級、B1級、B2級二甲醚氣體產品符合下表規(guī)定的技術要求項目指 標A級B1級B2級感觀二甲醚含量m/m %水份m/m 10-6 甲醇m/m 10-6 其它雜質m/m 無色、無異味，常溫下為壓縮液體，略呈醇香95200000020000001.099.52001000.499799.9100

44、500.099851.6.2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，采樣工作結束。稱量裝滿試樣的鋼瓶，計算出試樣的重量，要求把試樣內的20%排掉，重量不足時應重新取樣。（2）二甲醚含量、水分、甲醇的測定。試劑與材料： 1、Porapak Q(5080目)有機擔體（進口） 2、聚乙二醇（PEG）-1500色譜固定

45、液 3、GDX-502（6080目）色譜擔體 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、標準氣：N2、CH4、CO2、C2H4、C3H6（由西南化工研究院提供） 9、H2O、CH3OH標準樣制備準確稱取無水乙醇m1約4.9g(稱準至0.0002g)、蒸餾水m2約0.001g（稱準至0.0002g）,無水甲醇m3約0.001g（稱準至0.0002g）于干凈玻璃瓶中搖勻備用。裝置： 1、氣相色譜儀（帶熱導池檢測器，氣體進樣器及色譜數據處理機） 2、微量注射器：5ml 3、鋼瓶取樣器：可用25mm內徑的不銹鋼管與截止閥，球閥焊制而成 4、色譜柱

46、用25%PEG-1500涂于Porapak Q+GDX-502=1+1裝填在3mm，長4m的不銹鋼鋼柱中，要求緊密均勻。并在色譜內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：按上述抽樣方法準備好試樣程序：先把氣相色譜儀按下列條件調試好 載 氣：氫氣 流 速：37ml/min柱 前 壓：90kpa 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，進標準氣體 以峰面積標準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）： N2：1.005 CH4：1.192 CO2

47、C2H4：2.238 C2H6：2.517 C3H6：7.2472、待儀器柱溫升至100并穩(wěn)定后，以微量注射器注入H2O、CH3OH的標準樣11，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，注入標準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-A3 A甲醇=A2-A4 H2O、CH3OH的標準樣由質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標準樣中無水乙醇的質量，g; m2- H2O、CH3OH標準樣中蒸餾水的質量，g； m3-H2O、C

48、H3OH標準樣中無水甲醇的質量，g；46乙醇的分子量；18水的分子量；32甲醇的分子量。1lH2O、CH3OH標準樣汽化后標準體積 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標準樣汽化后的標準體積V1-試樣的進樣量ml;V2- H2O、CH3OH標準樣的進樣量ml。A水標準樣中水的面積；A甲醇-標準樣中甲醇的面積。 C、二甲醚含量的測定、在a條相同條件下，以絕對標準曲線法使用色譜數據Q/OCLX002-2000處理機得到N2、CH4、CO2、C2H4、C2H6、C3H6組份的體積百分含量（%） 、在b條相同條件下，以絕對標準曲線法使用色譜數據處理機得到

49、H2O、CH3OH組份的體積極百分含量（%）、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%)、把體積百分含量換算成質量百分含量 X(%)=N2%×28+ CH4%×16+ CO2%×44+ C2H4%×28+ C2H6%×30+ C3H6%×42+ H2O %×18+ CH3OH %×32+DME%×46、二甲醚（WDME）質量百分含量按下式計算： WDME（%）=(VDME%×46)

50、/X% 水（W H2O）質量百分含量按下式計算： M H2O（%）=（V H2O %×18）/X% 甲醇（W CH3OH）質量百分含量按下式計算： M CH3OH（%）=（V CH3OH %×32）/X%2 DME產品方案及生產規(guī)模2.1 產品品種、規(guī)格、質量指標及擬建規(guī)模產品品種： 二甲醚擬建規(guī)模： 20萬噸/年年操作日： 365天2.2 產品規(guī)格、質量指標氣霧級(工業(yè)級)二甲醚、燃料級二甲醚(1)氣霧級二甲醚質量標準(企業(yè)標準)由于目前國內尚無氣霧級二甲醚產品的國標，參照國內行業(yè)的技術標準，氣霧級二甲醚產品應符合下述質量標準(企業(yè)標準)項目 期望值二甲醚wt% 99.9

51、甲醇wt% 0.01水份wt% 0.002(2)燃料級二甲醚質量標準(企業(yè)標準)對燃料級二甲醚產品，目前也沒有相應的國標，參照國內行業(yè)的技術標準，燃料級二甲醚產品應符合下述質量標準(企業(yè)標準)項目 期望值二甲醚wt% 93甲醇Wt% 3水份wt% 12.3 產品方案分析及生產規(guī)模分析二甲醚是一種用途廣泛的化工產品，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

52、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，生產企業(yè)應該選擇在富產煤炭或天然氣的地區(qū)（甲醇兩步法生產則可考慮少些），年產規(guī)模至少要在萬噸以上，并且盡可能在工藝上實現多聯產。天然氣和煤炭是規(guī)模化生產二甲醚較為經濟的原料。本設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。根據湖南、湖北、江西、廣東等地區(qū)的消費情況，以及二甲醚技術的研發(fā)情況，當前二甲醚作為資源尚處于推廣應用階段，設計定為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

53、甲醚裝置。3 工藝流程介紹3.1生產方法簡述二甲醚的生產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合催化劑上直接合成二甲醚，再提純得到二甲醚產品。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。（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/年二甲醚生產裝置上采用。最早采用的脫水劑是濃硫酸，反應在液相中進行。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該過程具有反應溫度低、轉化率高(>80%)、選擇性好(99%)等優(yōu)點，但也存在設備腐蝕嚴重、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