年產(chǎn)4萬噸的二甲醚生產(chǎn)工藝流程

年產(chǎn)4萬噸的二甲醚生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)4萬噸二甲醚的初步工藝設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)說明書中，簡單介紹了二甲醚的性能、主要用途、生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，本設(shè)計(jì)結(jié)合了湖南雪納新能源有限公司的生產(chǎn)現(xiàn)狀，確定以甲醇脫水法作為本設(shè)計(jì)的工藝生產(chǎn)方法。在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，通過物料衡算和熱量衡算，以確定設(shè)備工藝參數(shù)和消耗工藝指標(biāo)，同時對二甲醚生產(chǎn)過程中的安全注意事項(xiàng)及“三廢”治理作了相關(guān)說明，對整個裝置進(jìn)行了簡單的初步技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)。繪制了相應(yīng)的設(shè)計(jì)圖紙，設(shè)計(jì)圖紙包括工藝流程圖、主要設(shè)備圖的裝配圖、設(shè)備的平面布置圖等。關(guān)鍵詞：二甲醚；甲醇；工藝設(shè)計(jì)PrimaryfortheManufacturingProcessofDimethlether

40,000TonPeryearSpecialty:ChemicalEngineering&technologyAuthor:LuyingwenDirector:HuangNiandong(PartyofChemicalEngineering,SchoolofChemistryandChemicalEngineering,HunanUniversityofScienceandTechnology,Xiangtan411201,P.R.ofChina)Abstract:Thisisthefirststepprocessdesignforannualoutputof40,000tonsofdimethlether,Inthedesignedspecifications,developingtrend,functionandmainuse,combinedtheproductionstatusofHunanXuenaNewEnergyCo.,Ltd.andfinallywithmethanoldehydrationmethodsasprocessproductionmethodsofthedesigns.Inthedesignprocess,inaccordancewiththerequirementsofthemissiondesign,Throughthematerialbalanceandenergybalance,todeterminetheequipmentandtechnicalparametersofconsumptionindicators,whiletheproductionofdimethyletherintheprocessofattentiontosecuritymattersand"Threewastes"Managementmadeanoteoftheentiredevicetoasimpletechnicalandeconomicevaluation.Drawingthecorrespondingdesigndrawings,designdrawings,includingprocessmaps,plansofmajorequipmentassembly,equipmentsuchasthelayoutplans.Keywords:dimethlether;methanol;processdesign.目錄摘要前言TOC\o"1-5"\h\z1文獻(xiàn)綜述11.1二甲醚概述11.1.1二甲醚的發(fā)展現(xiàn)狀1二甲醚的傳統(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41.3國外二甲醚市場簡況51.3.1現(xiàn)狀51.3.2國外市場預(yù)測61.4原料說明71.6二甲醚的主要技術(shù)指標(biāo)81.6.1技術(shù)要求81.6.2試驗(yàn)方法9DME產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模11產(chǎn)品品種、規(guī)格、質(zhì)量指標(biāo)及擬建規(guī)模112.2產(chǎn)品規(guī)格、質(zhì)量指標(biāo)112.3產(chǎn)品方案分析及生產(chǎn)規(guī)模分析12工藝流程介紹123.1生產(chǎn)方法簡述123.2工藝流程說明143.3生產(chǎn)工藝特點(diǎn)163.4主要工藝指標(biāo)163.4.1二甲醚產(chǎn)品指標(biāo)163.4.2催化劑的使用174主要塔設(shè)備計(jì)算及選型17汽化塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型174.1.1物料衡算174.1.2熱量衡算19理論板數(shù)、塔徑、填料選擇及填料層高度的計(jì)算214.1.4汽化塔附屬設(shè)備的選型計(jì)算25合成塔及其附屬設(shè)備的計(jì)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(shè)備的選型計(jì)算26初餾塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型294.3.1物料衡算304.3.2熱量衡算314.3.3理論塔板數(shù)的計(jì)算324.3.4初餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算334.3.5塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算344.3.6填料層高度的計(jì)算354.3.7附屬設(shè)備的選型計(jì)算36精餾塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型374.4.1物料衡算374.4.2熱量衡算384.4.3理論塔板數(shù)的計(jì)算404.4.4初餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算404.4.5塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算424.4.6填料層高度的計(jì)算434.4.7附屬設(shè)備的選型計(jì)算43回收塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型444.5.1物料衡算444.5.2熱量衡算454.5.3理論塔板數(shù)的計(jì)算474.5.4回收塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算474.5.5塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算494.5.6填料層高度的計(jì)算504.5.7附屬設(shè)備的選型計(jì)算505環(huán)境保護(hù)及三廢處理515.1主要污染源及主要污染物51設(shè)計(jì)中采取的環(huán)保措施及其簡要處理工藝流程515.3裝置危險(xiǎn)性物料主要物性536財(cái)務(wù)初步分析536.1概述536.2經(jīng)濟(jì)初步估算546.2.1產(chǎn)品量546.2.2投資估算546.3產(chǎn)品成本估算546.4財(cái)務(wù)評價(jià)556.4.1年銷售收入估算556.4.2年銷售稅金及附加估算556.4.3利潤總額及分配556.4.3不確定性分析556.5結(jié)論557結(jié)束語56參考文獻(xiàn)57附表一：生產(chǎn)的主要設(shè)備其型號、數(shù)量、狀況表58附表二：主工藝參數(shù)表60附圖1汽化合成工藝流程圖附圖2初餾工藝流程圖附圖3精餾工藝流程圖附圖4回收工藝流程圖附圖5精餾塔裝配圖附圖6總平面布置圖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。二甲醚的理化性質(zhì)比較獨(dú)特，熱植高，無毒、無害，具有潛在的廣泛用途，除作為有機(jī)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(shí)用、通用、環(huán)保、安全、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)，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)境的影響很小；（3）技術(shù)可行、成熟，可在大范圍內(nèi)使用；（4）經(jīng)濟(jì)可行，其成本有競爭力；（5）易于實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)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(jì)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(jìn)口，可大大降低項(xiàng)目投資。按國家現(xiàn)行基本建設(shè)政策和市場價(jià)格對本項(xiàng)目進(jìn)行了財(cái)務(wù)評價(jià)計(jì)算。工程總投資估算值14300萬元，項(xiàng)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(xiàng)效益指標(biāo)及盈虧平衡分析結(jié)果均表明本項(xiàng)目具有很強(qiáng)的抗風(fēng)險(xiǎn)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(xiàng)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(cái)務(wù)評價(jià)結(jié)果也表明項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益明顯。本設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)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(jì)及選型，廠房平面布置，還有進(jìn)行初步的經(jīng)濟(jì)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(jì)者：陸應(yīng)文2008年6月1日1文獻(xiàn)綜述1.1二甲醚概述1.1.1二甲醚的發(fā)展現(xiàn)狀自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、可替代車用燃料的“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(diǎn)。二甲醚是21世紀(jì)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(yùn)等都比較容易解決，并能促進(jìn)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新。二甲醚的傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用及其拓展（1）傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)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：①不污染環(huán)境,對臭氧破壞系數(shù)為零；②DME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；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；⑤使噴霧產(chǎn)品不易致潮，加之與其他氣霧劑相比，其成本低、價(jià)格便宜從而被認(rèn)為是新一代理想的氣霧推進(jìn)劑。在西歐各國已經(jīng)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第二位，僅次于碳?xì)浠衔铮浯?，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(shù)。Bohnenn報(bào)道了用DME與氟里昂混合制成特種制冷劑，通過大量實(shí)驗(yàn)后，認(rèn)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(bào)道了以DME、丙烷、丁烷制無氟制冷劑的方法。第二，DME作為化學(xué)中間體，主要用于制造硫酸二甲酯。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，脫水成乙烯，羰基化可以制取醋酸甲酯；與硫化氫反應(yīng)生成二甲基硫醚，進(jìn)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(xì)化學(xué)品的合成,同時在輕化、制藥、燃料、農(nóng)藥等工業(yè)中有許多獨(dú)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作為民用燃料比液化氣具有更優(yōu)良的物理化學(xué)性能（如表1,表2所示）。由于DME的分子結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)；單一組成，無殘液；在室溫下可壓縮成液體，用現(xiàn)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(dāng)溫度在37.8°C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）所示。表1DME液化氣與液化石油氣性質(zhì)比較項(xiàng)目分子量壓力Mpa(60C)燃燒溫度C爆炸下限%理論空氣量預(yù)混氣熱值KJ/m3LPG56.61.9220551.711.323903DME46.071.3522503.456.964219表2DME與0#柴油的比較對比項(xiàng)目DME0#柴油分子量46.07190?220沸點(diǎn)（C）-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—有國內(nèi)二甲醚市場簡況1.2.1現(xiàn)狀中國DME生產(chǎn)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(chǎn)裝置。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)模較大的有山東臨沂魯明化工有限公司、廣東中山精細(xì)化工實(shí)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(chǎn)量已超過50萬噸。近年來，我國DME的生產(chǎn)發(fā)展迅速。2002年全國DME總生產(chǎn)能力僅有3.18萬噸/年,產(chǎn)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(chǎn)企業(yè)，年生產(chǎn)能力約48萬噸，產(chǎn)量約32萬噸，開工率67%。4年間能力和產(chǎn)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(chǎn)83萬噸DME項(xiàng)目，計(jì)劃今年年底投產(chǎn)，初步?jīng)Q定采用美國空氣產(chǎn)品與化學(xué)品公司技術(shù)。計(jì)劃投資47.8億元。寧夏石化集團(tuán)公司、中煤四達(dá)礦業(yè)公司、西安交通大學(xué)、原化工部第二設(shè)計(jì)院、中國成達(dá)化學(xué)工程公司等參與合作。該項(xiàng)目將由煤炭為起始原料生產(chǎn)DME。項(xiàng)目建設(shè)將分二個階段，第一階段生產(chǎn)21萬噸/年，第二階段再擴(kuò)增62萬噸/年。由美國貿(mào)易發(fā)展署出資援助招標(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(xiàng)目報(bào)告已于2004年4月完成，后因資金技術(shù)問題項(xiàng)目尚未啟動。寧夏煤炭資源豐富，但因?yàn)榈靥幬鞑?，且鄰省陜西、?nèi)蒙古、甘肅等均為富煤省份，煤炭外運(yùn)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DME廠是其中一項(xiàng)。美國政府出資67.5萬美元對該項(xiàng)目給予援助。表32006年我國DME主要生產(chǎn)廠家及其能力企業(yè)企業(yè)生產(chǎn)工藝生產(chǎn)能力（噸/年）廣東中山凱達(dá)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(xué)廠上海申威氣霧劑公司河南沁陽紫陽鄉(xiāng)河南內(nèi)鄉(xiāng)化工局無錫新苑化工集團(tuán)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(tuán)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(shí)業(yè)公司廣州廣氮集團(tuán)公司云南解化集團(tuán)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(nèi)蒙古鄂爾多斯市-山東臨沂市廣東中山凱達(dá)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(xué)廠上海申威氣霧劑公司河南沁陽紫陽鄉(xiāng)河南內(nèi)鄉(xiāng)化工局無錫新苑化工集團(tuán)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(tuán)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(shí)業(yè)公司廣州廣氮集團(tuán)公司云南解化集團(tuán)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(nèi)蒙古鄂爾多斯市-山東臨沂市兩步法-氣相脫水漿態(tài)床一步法兩步法-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(chǎn)）3000（04年4月試產(chǎn)/已停）400（91年3月試產(chǎn)）1500（95年9月試產(chǎn)）400（96年7月試產(chǎn)）800（95年3月試產(chǎn)）4000（04年1月試產(chǎn)）4000（04年8月試產(chǎn)）4000（03年5月試產(chǎn)）5000（05年3月試產(chǎn)）4000（04年12月試產(chǎn)）5000（04年4月試產(chǎn)）2500（98年9月試產(chǎn)）4000（05年4月試產(chǎn)）500（97年6月試產(chǎn)）5000（01年1月試產(chǎn)）★5000（04年12月試產(chǎn)）1500（97年9月試產(chǎn)，現(xiàn)停產(chǎn)）5000（98年4月試產(chǎn)）5000（06年2月試產(chǎn)）★30000（05年12月試產(chǎn)）30000（05年11月投產(chǎn)）4000（03年8月投產(chǎn)）40000（05年9月投產(chǎn)）150000（籌建中）200000（籌建中）830000（籌建中）400000（籌建中）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(xì)化工實(shí)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4萬噸。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2005年底為止，我國DME的正常生產(chǎn)能力為15-20萬噸/年。1.2.2國內(nèi)市場預(yù)測第一，DME作為柴油替代燃料或摻燒汽油市場。隨著國民經(jīng)濟(jì)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(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前柴油的需求量每年的速度增長為7%，預(yù)計(jì)到204年我國對進(jìn)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)展清潔車用燃料成為我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展面臨的現(xiàn)實(shí)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(jìn)行摻燒在理論上證明可以提升汽油的品質(zhì)，且技術(shù)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(fèi)量在3500萬?4000萬噸，每年約需進(jìn)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(jìn)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(jìn)入這一市場的特點(diǎn)是附加值高，因而利潤空間極大。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)，總產(chǎn)量約為3000噸/年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)市場的需求，高純度二甲醚(>99.9%)全部依賴進(jìn)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(jìn)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，特別適合于已有甲醇的中小氮肥廠建立中小規(guī)模(40住一3000噸/年)的生產(chǎn)裝置。上海石油化工研究院開發(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、廢渣和含酸廢水等優(yōu)點(diǎn)，甲醇單程轉(zhuǎn)化率達(dá)80%-85%，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(chǎn)裝置，其中4套為萬噸級裝置。廣東省中山精細(xì)化工實(shí)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)化二步法制二甲醚生產(chǎn)技術(shù)建立了2500噸/年生產(chǎn)裝置。生產(chǎn)高純度二甲醚，產(chǎn)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(chǎn)裝置，產(chǎn)品純度達(dá)99.95%以上。山東臨沂已經(jīng)建成30000噸/年二甲醚生產(chǎn)裝置，已于2005年4月份投產(chǎn)，同時也在規(guī)劃40萬噸/年二甲醚的項(xiàng)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—A型)，將大大促進(jìn)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(chǎn)，顯著地降低成本，將能在國內(nèi)促進(jìn)二甲醚的消費(fèi)，目前己在部分地區(qū)使用二甲醚，但因技術(shù)經(jīng)濟(jì)上因生產(chǎn)規(guī)模太小而導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高，影響其推廣應(yīng)用。我國石油液化氣進(jìn)口量近年迅速增加，19%年進(jìn)口量為354.7萬噸，1998年達(dá)477萬噸，預(yù)計(jì)到2005年進(jìn)口量達(dá)929萬噸，204年將達(dá)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(dá)，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)中替代LPG具有無可比擬的優(yōu)勢。據(jù)保守估計(jì)，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。國外二甲醚市場簡況1.3.1現(xiàn)狀目前世界上DME的生產(chǎn)主要集中在美國、德國、荷蘭和日本等國，2006年世界總生產(chǎn)能力預(yù)計(jì)29.4萬噸/年，產(chǎn)量約22萬噸，開工率75%。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UnitedRhineLigniteFuel公司等，其中德國DEA公司的生產(chǎn)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/CNG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、40萬輛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(yù)計(jì)204年為330萬輛。目前美國替代燃料消費(fèi)量折合當(dāng)量汽油約為40萬噸（352X46加侖當(dāng)量汽油），約占當(dāng)年全部燃料消費(fèi)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(dá)到2500萬噸，可見替代燃料的市場前景是相當(dāng)可觀的［20。］亞洲地區(qū)是世界上柴油消費(fèi)增長最快的地區(qū)，據(jù)國外研究機(jī)構(gòu)預(yù)測，二甲醚作為替代燃料，2008年亞洲地區(qū)的年需求量達(dá)4000萬噸，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(nèi)，其建設(shè)已經(jīng)成為熱點(diǎn)項(xiàng)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(xiàng)目到204都建成投產(chǎn)將新增二甲醚生產(chǎn)能力793萬?893萬噸。屆時世界二甲醚總能力將達(dá)到482萬?1182萬噸國外己有建設(shè)大型工業(yè)化DME裝置的計(jì)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(yàn)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(jià)天然氣為原料，生產(chǎn)DME的成本為40~120美元/噸。意味著DME作為清潔燃料可與LPG相競爭，DME與LPG相似，易于貯存在現(xiàn)有的LPG終端和用船舶運(yùn)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(shù)。裝置設(shè)計(jì)為4000噸/天甲醇設(shè)施，可提供7000~8000噸/天DME反應(yīng)器進(jìn)料?？傎M(fèi)用約6.6億美元，比單獨(dú)建設(shè)甲醇裝置僅高約4%。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(jì)劃建設(shè)商業(yè)規(guī)模的DME生產(chǎn)廠，建設(shè)工作已于2002年開始。擬采用托普索公司DME合成技術(shù)，利用24億立方米天然氣，年生產(chǎn)DME180萬噸，用以替代石腦油、柴油和LPG。已于2006年元月投產(chǎn)，2007年向外供應(yīng)DME。日本財(cái)團(tuán)（三菱瓦斯化學(xué)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(shè)大規(guī)模DME裝置。年生產(chǎn)DME140-240萬噸，于2006年投產(chǎn)，產(chǎn)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(lián)合為日本JEE控股公司進(jìn)行DME裝置工程設(shè)計(jì)，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(lián)合而成。JEE公司將在海外建設(shè)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(chǎn)DME。JEE工藝DME裝置可使用天然氣、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(jì)）單位：萬噸/年公司名稱生產(chǎn)能力建設(shè)地點(diǎn)投產(chǎn)日期日本財(cái)團(tuán)（三菱瓦斯化學(xué)、140.0?240.0澳大利亞（間接一步法）2006年日揮、三菱重工）日本東洋工程公司250中東（二步法）2005?2006某公司在伊朗建設(shè)80伊朗Zagros2006年規(guī)劃日本鋼管公司等8家170西澳大利亞（NG—步法）2006年開始規(guī)劃日本三菱瓦斯化學(xué)（MGC）150澳大利亞道達(dá)爾菲納埃爾夫公司和80日本8家公司合作小計(jì)873.0?973.0世界2006年已有能力209.4204年合計(jì)能力482.4?1國外市場預(yù)測目前，世界上二甲醚的總生產(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)合萊因褐煤燃料公司，德國漢堡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(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)硫酸二甲酷。隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，二甲醚在氣溶膠推進(jìn)劑方面的用量逐年增加，1990年歐洲生產(chǎn)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(chǎn)量約為600萬噸/年，預(yù)計(jì)到204年需求量可突破140萬噸/年。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。日本一個開發(fā)合成二甲醚技術(shù)的國家計(jì)劃已經(jīng)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(chǎn)省提供的資金（18億日元）進(jìn)行相關(guān)的研究與開發(fā)工作，目標(biāo)是設(shè)計(jì)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(quán)力公司和石油研究院已經(jīng)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(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(jìn)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(jià)格和燃料的性能跟柴油和汽油作比較，認(rèn)為直接合成二甲醚法在今后的實(shí)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(yàn)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(jì)上也很合理。從二甲醚及柴油的消耗結(jié)果表明，按能耗計(jì)，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(diǎn)。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(jī)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(shè)大型二甲醚裝置，將二甲醚運(yùn)回國內(nèi)作發(fā)電燃料的可行性，其它許多發(fā)達(dá)國家都在進(jìn)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，相對分子質(zhì)量32.04。本設(shè)計(jì)采用的甲醇原料濃度為90%（質(zhì)量分?jǐn)?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(diǎn)63.8°C,自燃點(diǎn)385°C20°C,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(jī)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(jìn)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)。（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；△H=4.92KJ/mol298⑵2CHOH△H=4.92KJ/mol298⑵2CHOH-CH+2HO3242⑷CHOCH-CH+CO+H33423332副反應(yīng)：⑴CHOH-CO+2H2O⑶2CHOH-CH+2HO+C342⑸CO+HO-CO+H2222)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(jī)酸和有機(jī)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(jìn)一步反應(yīng)生成碳酸二甲酯；（5）裂解反應(yīng)在銅催化劑上，甲醇可裂解生成CO和H,21.5二甲醚的性質(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（CH）OBF，此絡(luò)合物在空氣中發(fā)煙，而323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cHOcH33蒸汽壓（20C）0.53MPa摩爾質(zhì)量46.07氣體燃燒熱31.58Kj/kg熔點(diǎn)-141.5C蒸發(fā)熱（-24.8C）467.4kJ/kg沸點(diǎn)-24.9C自燃溫度350C臨界溫度128.8C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%（-40C）對水的相對密度0.66對空氣的相對密度1.62液體密度（20°C）0.661kg/L閃點(diǎn)-41.4C蒸汽密度（4°C1atm）1.92kg/m33）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/m3X30min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類一制冷劑、推進(jìn)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)要求指標(biāo)項(xiàng)目A級B1級B2級感觀無色、無異味，常溫下為壓縮液體，略呈醇香二甲醚含量m/m%29599.599.9水份m/m4-6W200000020040甲醇m/m4-6W20000004050其它雜質(zhì)m/m%W1.00.49970.099851.6.2試驗(yàn)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(jì)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(diǎn)緊密連接,依次打開采樣點(diǎn)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(diǎn)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(jì)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(jī)擔(dān)體（進(jìn)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299.99%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：N、CH、CO、CH、CH（由西南化工研究院提供）24224369、HO、CHOH標(biāo)準(zhǔn)樣制備23準(zhǔn)確稱取無水乙醇m約4.9g（稱準(zhǔn)至0.0002g）、蒸餾水m約0.001g（稱準(zhǔn)至0.0002g），無水甲醇12m約0.001g（稱準(zhǔn)至0.0002g）于干凈玻璃瓶中搖勻備用。3裝置：1、氣相色譜儀（帶熱導(dǎo)池檢測器,氣體進(jìn)樣器及色譜數(shù)據(jù)處理機(jī)）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=l+l裝填在①3mm,長4m的不銹鋼鋼柱中，要求緊密均勻。并在色譜內(nèi)90°C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：63C汽化溫度：120C柱終溫：40C檢測溫度：120C橋流：160mA進(jìn)樣量：2.5ul1、待儀器穩(wěn)定后，在柱溫63C時，進(jìn)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）：N：1.005CH：1.192COCH：2.238TOC\o"1-5"\h\z24224CH：2.517CH：7.24726362、待儀器柱溫升至40C并穩(wěn)定后，以微量注射器注入HO、CHOH的標(biāo)準(zhǔn)樣1卩1,得水的峰23面積A，甲醇峰面積A,保留時間為（min）：HO：11.12,CHOH:14.62223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A34Q/OCLX002-2000A水=人-AA甲醇=A-A1324HO、CHOH的標(biāo)準(zhǔn)樣由質(zhì)量百分比濃度換算為摩爾百分濃度。23按下式進(jìn)行計(jì)算：m/18水（％）二-2X100%m/46+—/18+—/32123—/32甲醇（％）二-3一X100%—/46+—/18+—/32123式中：m-HO、CHOH標(biāo)準(zhǔn)樣中無水乙醇的質(zhì)量，g;TOC\o"1-5"\h\z23m-HO、CHOH標(biāo)準(zhǔn)樣中蒸餾水的質(zhì)量，g；23m-HO、CHOH標(biāo)準(zhǔn)樣中無水甲醇的質(zhì)量，g；2346—乙醇的分子量；18—水的分子量；32—甲醇的分子量。1U1HO、CHOH標(biāo)準(zhǔn)樣汽化后標(biāo)準(zhǔn)體積23V=1X10「3X0.79x22.4x103=0.3847—lo46X100%水(％X100%(V/(VXV))XA102水校正因子按下式計(jì)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f二甲醇（％）X100%丿甲醇（V/（VXV））XA102甲醇VI-試樣的進(jìn)樣量ml;V2-H0、CHOH標(biāo)準(zhǔn)樣的進(jìn)樣量ml。23A水一標(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、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/0CLX002-2000處理機(jī)得到N、CH、CO、CH、CH、CH組份的體積百分含量（％）242242636、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(jī)得到HO、CH0H組份的體積23極百分含量（%）、二甲醚體積百分（VDME）含量按下式計(jì)算：VDME（%）=40％-（N%+CH%+CO%+CH%+CH%+CH%+HO%+CHOH%）24224263623、把體積百分含量換算成質(zhì)量百分含量X（%）=N%X28+CH%X16+CO%X44+CH%X28+CH%X30+CH%X42+HO%X242242636218+CHOH%X32+DME%X463、二甲醚（WDME）質(zhì)量百分含量按下式計(jì)算：WDME（%）=（VDME%X46）/X%水（WHO）質(zhì)量百分含量按下式計(jì)算：2MHO（%）=（VHO%X18）/X%22甲醇（WCHOH）質(zhì)量百分含量按下式計(jì)算：3MCHOH（%）=（VCHOH%X32）/X%332DME產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模產(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：300天產(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(xiàng)目期望值二甲醚wt%三99.9甲醇wt%W0.01水份wt%W0.002（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(xiàng)目期望值TOC\o"1-5"\h\z二甲醚wt%三93甲醇Wt%W3水份wt%W1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(fèi)量正在不斷擴(kuò)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(yùn)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(shí)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(jì)的原料。本設(shè)計(jì)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(jì)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(fèi)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(jì)定為4萬噸/年，隨著市場的進(jìn)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3.1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+HJ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(jìn)行。將甲醇和硫酸的混合物加熱可得:CO+2H=CHOH23v40°C時，CHOH十HSO=CHHSO+HO324342<40C時，CHHSO+CHOH=CHOCH+HSO3433324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(diǎn)，但也存在設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、釜?dú)堃杭皬U水污染環(huán)境、催化劑毒性大、操作條件惡劣等缺點(diǎn)，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(jìn)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—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、200C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Y—A12O3,可長期保持活性，使用壽命達(dá)半年之久，轉(zhuǎn)化率可達(dá)74.2%，選擇性約99%。我國化工部西南化工研究院也曾進(jìn)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200C時，甲醇的轉(zhuǎn)化率可達(dá)75%一85%，選擇性大于98%。擴(kuò)大試驗(yàn)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(130一200C)、常壓下實(shí)現(xiàn)了甲醇制D卜任的新工藝。在小試400h工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行了單管試驗(yàn)。甲醇單程轉(zhuǎn)化率可達(dá)85%，選擇性幾乎40%，使用周期大于400h。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:4H+2CO=2CHOH232CHOH=CHOCH+HO332CO+HO=CO+H222H+3CO=CHOCH+CO2332該工藝實(shí)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:(1)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（4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(jìn)行中試（規(guī)模40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(shí)業(yè)公司建有1500噸/年的示范裝置（具體運(yùn)行情況尚需了解）。華東理工大學(xué)進(jìn)行的是氣、固、液三相一步法合成工藝研究，已完成小試，未進(jìn)行中試，現(xiàn)希望與有關(guān)單位合作進(jìn)行中試研究。清華大學(xué)進(jìn)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(jī)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(bào)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400h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(jìn)行了研究，用自制的雙功能催化劑在275°C、2Mpa、1500mL/（g?h）、H2/CO=2、CO2=l%—2%的條件下，合成氣中CO轉(zhuǎn)化率可達(dá)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(jìn)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(dá)90%，DME在有機(jī)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(jìn)行了一定的研究，前者制備了CO轉(zhuǎn)化率達(dá)到90%，DME在有機(jī)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(jìn)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(xiàng)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(jìn)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(hù)對熱敏感的催化劑，使反應(yīng)更快更有效地進(jìn)行。操作壓力為3.5-6.3MPa、溫度為200-290C、空速為400—?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200-300C和30-80Mpa。據(jù)Topsoe稱，CO轉(zhuǎn)化率達(dá)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(jì)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(dá)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(hù)的原則對工藝流程進(jìn)行合理優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)4萬噸/二甲醚生產(chǎn)裝置的工藝流程。參見4萬噸/二甲醚生產(chǎn)裝置帶物料點(diǎn)工藝流程圖（圖3-1）（PFD）4萬噸/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?jǐn)?shù)為90%的甲醇經(jīng)汽化提純后合成二甲醚。產(chǎn)品DME（三99.9%）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(jìn)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)。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。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(fù)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E48的蒸汽來補(bǔ)充。頂部甲醇蒸汽在甲醇冷凝器(E110)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(jìn)行汽化提純，并由液態(tài)轉(zhuǎn)化成飽和氣態(tài)，再進(jìn)入電加熱爐過熱至250°C以上溫度，過熱后的甲醇原料蒸汽以逆流方式進(jìn)入固定床合成塔，在氧化鋁型固定床中進(jìn)行縮水反應(yīng)生成氣態(tài)二甲醚和水（反應(yīng)溫度控制在280C-450C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(jì)量罐進(jìn)入中間罐貯存，未被冷凝成液態(tài)的少量副反應(yīng)氣體如CH.CO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(jìn)42行焚燒，進(jìn)入中間罐的反應(yīng)物由屏蔽泵加壓輸送至初餾塔進(jìn)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(jì)量泵后進(jìn)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(jìn)行儲存，塔底稀甲醇混合物經(jīng)冷卻后進(jìn)入粗甲醇中間罐進(jìn)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(jìn)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(jì)量后進(jìn)入回收甲醇中間罐。再經(jīng)計(jì)量后由工藝管道輸送至往復(fù)泵進(jìn)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(bǔ)充循環(huán)水。生產(chǎn)工藝特點(diǎn)本工藝裝置的主要工藝特點(diǎn)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(jìn)口，項(xiàng)目投資大為降低。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1二甲醚299.9%2甲醇<0.53水分<0.34C3以下烴類<0.3本設(shè)計(jì)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(jì)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?jǐn)?shù)，下同），塔頂甲醇?xì)怏w純度299%,釜液甲醇含量＜0.5%；合成塔：轉(zhuǎn)化率280%，選擇性299.9%；初餾塔：塔頂二甲醚純度295%，釜液二甲醚含量＜0.5%；精餾塔：塔頂二甲醚純度299.9%，釜液二甲醚含量＜0.5%；回收塔：塔頂回收甲醇純度三98%，廢水中甲醇含量＜0.5%3.4.2催化劑的使用本設(shè)計(jì)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?=3mm,L=5?8mm白色顆粒狀，堆積體積密度W0.7t/m3，具有良好的化學(xué)性質(zhì)及足夠的撞擊強(qiáng)度與耐磨強(qiáng)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(jì)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(jì)的該催化劑可使甲醇的一次性轉(zhuǎn)化率280%,選擇性指標(biāo)接近40%。極微量副產(chǎn)物為甲烷、二氧化碳。再生周期2300日。可反復(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］。主要塔設(shè)備計(jì)算及選型原料甲醇流量的估算：年產(chǎn)DME4萬噸，合成轉(zhuǎn)化率為80%（出去各步損失，按78%粗略估算），選擇性按40%計(jì)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：TOC\o"1-5"\h\z「100000X103X99.9%c32.04““x2x/（78%x90%）=27.491x103kg/kmol300x2446.07總汽化塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型物料衡算已知F』27.491x43kg/h,x』90%,x』99%,xJ0.5%(以上均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，F(xiàn)DWM=32.04kg/kmol,M=18.02kg/kmol,M=46.07kg/kmolCH3OHH2OCH3OCH390/32.04摩爾分率：x==83.50%f90/32.04+10/18.0299/32.04x==98.24%d99/32.04+1/18.020.5/32.04x==0.2818%W0.5/32.04+99.5/18.02進(jìn)料平均相對分子質(zhì)量M平均=83.50%X32.04+16,50%X18，02=29,73kg/kmo1則進(jìn)料摩爾流量為：TOC\o"1-5"\h\zF=刃；91：103=924.697kmol/h則進(jìn)料摩爾流量為：29.73總物料F二D+W；易揮發(fā)組分Fx二Dx+Wx；FDW帶入數(shù)據(jù)解得：D=785.55kmol/hW=139.141kmol/h塔頂產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量M=32.04x98.24%+18.02x(1-98.24%)=31.79kg/kmol塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量D=785.55x31.79=24.972x43kg/h塔釜產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量M=32.04x0.2818%+18.02x(1-0.2818%)=18.06kg/kmol塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量W=139.141x18.06=2.504x43kg/h

表8物料衡算結(jié)果表單位進(jìn)料F塔頂D塔釜W物料kg/h27.491X4324.972X432.504X43kmol/h924.697785.55139.141質(zhì)量分率90%99%0.5%組成摩爾分率83.50%98.24%0.2818%表9甲醇-水平衡時的t、x、y數(shù)據(jù)[3]平衡4092.990.388.985.081.678.076.773.872.771.370.068.066.964.7溫度t液相05.317.679.2613.1520.8328.1833.3346.2052.9259.3768.4985.6287.4140甲醇x氣相028.3440.0143.5354.5562.7367.7569.1877.5679.7181.8384.9289.6291.9440甲醇y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(jìn)料液溫度tLDVDWF塔頂溫度t、tLDVD她24一8"1=Id一6$9=t=65.01r100-87.4164.7-66.9ld100一她24nt=65.18r100-91.9464.7-66.9vd塔釜溫度tW=99.62r100-92.9t=99.62r=—Wnt0-5.310.2818-0w進(jìn)料液溫度tF=68.25r68.0-70.0t=68.25r=fnt85.62-68.4983.50-85.62f回流比的確定：由表9的數(shù)據(jù)繪制x-y圖由圖（圖略）可知進(jìn)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R.minx96.5R+1min由點(diǎn)a（Xd，Xd）向平衡線作切線，交軸于b（0，20.6296.5R+1min=2°62，所以Rnin=3?76。操作回流比可取為最小回流比的1-1-2-0倍，所以取回流比R二1..2R二1.2x3.76二4.51mint=66.9°C時yxa—ab2yxt=66.9°C時yxa—ab2yxBBy(1_x)(1-y)x91.94x(100-87.41)_164(100—91.94)X87.74—.a+a

a——1227.05+1.64—4.352t=92.9C時yxy(1-x)28.34x(100-5.31)a——a_b———7.051yx(1-y)x(100-28.34)x5.31BB4.1.2熱量衡算（1）加熱介質(zhì)和冷卻劑的選擇常用的加熱劑有飽和水蒸氣和煙道氣。飽和水蒸氣是一種應(yīng)用最廣的加熱劑，由于飽和水蒸氣冷凝時的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽的壓力準(zhǔn)確地控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達(dá)40-400C，適用于高溫加熱，缺點(diǎn)是煙道氣的比熱容及傳熱膜系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。本設(shè)計(jì)選用1.2Mpa（溫度為187.8C）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4-25C。本設(shè)計(jì)選用20C的冷卻水，選升溫4C,即冷卻水的出口溫度為35Co（2）冷凝器的熱負(fù)荷及冷卻介質(zhì)消耗量冷凝器的熱負(fù)荷Q-(R+1)D(I-1)CVDLD其中VD塔頂上升蒸汽的焓；S其中VD塔頂上升蒸汽的焓；S塔頂餾出液的焓。—I=xAH+(1—x)AHVDLDDV甲DV水其中AHv甲甲醇的蒸發(fā)潛熱；AH水的蒸發(fā)潛熱V水蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系：AH1—T=AH(rr)0.38其中AHv甲甲醇的蒸發(fā)潛熱；AH水的蒸發(fā)潛熱V水蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系：AH1—T=AH(rr)0.38V/1—T其中T——對比溫度。沸點(diǎn)/°C蒸發(fā)潛熱AH/(kcaLkmol-1)rTc/K甲醇64.658430512.6水409729647.312r1表4沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表1—T由沃森公式計(jì)算塔頂溫度下的潛熱AH=ah(—V2V11—Tr1仝)0.3865.18°C時，對甲醇：Tr2T273.15+65.18=t==0.660TC512.6丁T273.15+64.650659T=—^==0.659TC蒸發(fā)潛熱AH=8430x()o.38=8420.597kcal/kmolr甲1—0.659對水，同理得T=0.523，T=0.576r2r1蒸發(fā)潛熱AH=9729x(^0.523)0.38=10174.338kcal/kmolr水1—0.576對于全凝器作熱量衡算(忽略熱損失)，選擇泡點(diǎn)回流，因?yàn)樗敿状己亢芨撸c露點(diǎn)相接近，所512.6I—I=xAH+(1—x)AHVDLDD甲D水代入數(shù)據(jù)得VDI=0.9824x8420.597+(1—0.9824)x10174.338=8451.463kcal/kmolLDQ=(4.51+1)x785.55x8451.463=36581438.69kcal/h36cQ36581438.69冷卻劑的消耗量W=c——==2438762.579kg/hcC(t+1)1x(35—20)pc21(3)加熱器的熱負(fù)荷及全塔熱量衡算甲C68.25=0.730p1C=0.725p1C99.62=0.834p1C68.25=0.730plC'=0.782p1醇甲C68.25=0.730p1C=0.725p1C99.62=0.834p1C68.25=0.730plC'=0.782p1醇C65.01=0.719p1水C65.01=1C68.25=1C=1C99.62=1C68.25=1C'=1p2p2p2p2p2p2甲醇C'x(t選用1.2Mpa(187.8C)飽和水蒸氣為加熱介質(zhì)表11甲醇、水在不同溫度下混合的比熱容[單位：kcal/(kg.C)]Cx(t-t)=0.725x(65.01-68.25)=-2.35Fp1LDp1-t)=0.782x(99.62-68.25)=24.53Fp2x(tLD-t)F=1X(65.01-68.25)=—3.24p2-t)=1x(99.62-68.25)=31.37F65.01Cdt=[Cx(1-x')]At=(0.725x0.99+1x0.01)x(65.01—68.25)=-2.3668.25pp1DJ99.62C'dt+C'(1-x')]At'=(0.782x0.005+1x0.995)x(99.62-68.25)=31.3468.25pp1W則有DJ65.01Cdt=D-CAt=24.972X103x(-2.36)=-58935.1kcal/h68.25pQ=WJ99.62C'dt=W-C'At=2.504x103x31.34=78753.502kcal/h68.25p對全塔進(jìn)行熱量衡算Q+Q=Q+Q+Q為了簡化計(jì)算，以進(jìn)料焓，即為了簡化計(jì)算，以進(jìn)料焓，即68.25°C時的焓值為基準(zhǔn)做熱量衡算-Q-QF=-58935.1+78753.502+36581438.69-0=3.6601x47kcal/h塔釜熱損失為4%，則牛0.9,則=Q=^6601^=4.066x107kcal/h0.9式中塔釜熱損失為4%，則牛0.9,則=Q=^6601^=4.066x107kcal/h0.9式中QS加熱器理想熱負(fù)荷；Q'——加熱器實(shí)際熱負(fù)荷;加熱蒸汽消耗量塔頂餾出液帶出熱量；塔底帶出熱量。AH=2784.6r水蒸氣kj/kg(187.6C,1.2Mpa)Q3.6601X107=55031.62kg/h2784.6/4.1868符號QWQQQQ'WCCFDWSh數(shù)值36581438.692438762.5790-58935.178753.5023.6601X475084.72kcal/hkg/hkcal/hkcal/hkcal/hkg/h表12熱量衡算數(shù)據(jù)結(jié)果列表w=一hAHr水蒸氣4.1.3理論板數(shù)、塔徑、填料選擇及填料層高度的計(jì)算（1）理論板數(shù)的計(jì)算由于本次設(shè)計(jì)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Rxx0.9824精餾段操作線方程為y=——x+—截距—=^098—=0.1783R+1R+1R+14.51+1連接（x,x）,（0,-^）與q線交于d點(diǎn)，連接（x,X）與d點(diǎn)，得提餾段操作線，然后由平衡線與DDR+1WW操作線可得精餾塔理論板數(shù)為30塊，提餾段4塊，精餾段26塊。（2）填料的選擇填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(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(jìn)行。本汽化塔設(shè)計(jì)選用25X0.8金屬拉西環(huán)亂堆填料。（3）塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算汽化塔設(shè)計(jì)的主要依據(jù)和條件：表13不同溫度下甲醇和水的密度物質(zhì)密度(kg/m3)溫度/°C506070809040甲醇750741731721713704水988983978972965958表14查化工工藝設(shè)計(jì)手冊整理得甲醇-水特殊點(diǎn)粘度粘度（mPa.s）塔頂65.01°C塔底99.62°C進(jìn)料68.25°C甲醇0.3330.2280.34水0.4350.2850.416塔頂、塔底、進(jìn)料條件下的流量及物性參數(shù):表15汽化塔塔頂數(shù)據(jù)結(jié)果表符MLD-符MLD-號kg.kmol-1MVD一kg.kmol-1PVD—kg.m-3P卩流量DLDLDkg.m-3mPa-s質(zhì)量/(kg-h-1)摩爾/(kmol-h-1)31.7931.79值1.146737.830.33524.972x43785.55表16汽化塔塔底數(shù)據(jù)結(jié)果表MM符號LWVW-kg.kmol-1kg.kmol-1PPR流量WVWLWLWkg.m-3kg.m-3mPa-s質(zhì)量/(kg-h-1)摩爾/(kmol-h-1)數(shù)數(shù)值18.0218.020.5899580.2852.504X43139.141符號MLF符號MLF——kg.kmol-1Mpp卩流量FVFVFLFLF-kg.kmol-1kg.m-3kg.m-3mPa-s質(zhì)量/(kg-h-1)摩爾/(kmol-h-1)數(shù)值29.7330.501.09751.650.32727.491X4數(shù)值29.7330.501.09751.650.32727.491X43924.697精餾段及提餾段的流量及物性參數(shù)：由氣速關(guān)聯(lián)式lg―GIp丿L由氣速關(guān)聯(lián)式lg―GIp丿L?卩0.2L=A—1.75―GIp丿L干填料因子；巴液體粘度，mPa?s；A——250Y型為0.291；表18精餾段、提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表精餾段提餾段氣相平均相對分子質(zhì)量MV/(kg.kmol—1)31.1524.26液相平均相對分子質(zhì)量ML/(kg.kmol—1)30.7623.88氣相密度P/(kgm-3)V1.1180.84液相密度P/(kgm-3)L744.74854.83氣相摩爾流量/(kmol.h-1)4328.384328.38氣相質(zhì)量流量/(kg.h-1)137599.2142292.08液相粘度/mPa.s0.3310.306液相摩爾流量/(kmol.h—1)3542.834283.5液相質(zhì)量流量/(kg.h—1)112626.5645006.49L、G——液體、氣體質(zhì)量流速；P、P——?dú)怏w、液體密度；g——重力加速度。LG(公式來源于《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》李功樣等編P49,數(shù)據(jù)來源于化學(xué)工程師手冊[4P917和湖南科大化工原理課程設(shè)計(jì)P127)精餾段：P=1.118kg/m3，p=744.74kg/m3，￡=0.97，a=250m2/m3，卩=0.331mPa?s,GLLL=112626.56kg/h，G=137599.21kg/h，A=0.022代入式中求解得uf=2.68m/s空塔氣速t+168.25+65.18u_0.6u_0.6X2.68=1.608m/s,t=fvd一一66.72Cf22體積流量4328.38x8.314x(66.72+273.15)x103V--33.49m3/ss1.01325x105x3600考慮到市場的需求存在波動性，設(shè)計(jì)中選取四個塔，則每個塔的體積流量：V'=[V=8.374m3/ss4s4V：4x8.374則塔徑d=s==2.67m兀u兀x1.29圓整后：D=2.7m空塔氣速u=1.26m/s提餾段：=0.84kg/m34V：4x8.374則塔徑d=s==2.67m兀u兀x1.29圓整后：D=2.7m空塔氣速u=1.26m/s提餾段：=0.84kg/m3,p=854.83kg/m3,L=85348.27kg/h,G=84005.83kg/hL代入數(shù)值得u'=2.37m/sf空塔氣速u=0.6u'=1.43m/sf68.25*99.62=83.94r4328.38x8.314x(83.94*273.15)x1031.01325x105x3600=31.68m3/s于是V'=4L92m3/sD:空竺=2.62m兀u兀x1.81圓整后：D=2.7m,空塔氣速u=1.42m/s選取整塔塔徑為D=2.9m。選取汽化塔的型號為：02700/700X1500,VN=4.8m2拉西環(huán)填料（4）填料層高度的計(jì)算精餾段：u=1.36m/s,p=1.118kg/m3V0.5112626.56=x137599.21(1.118￥5、744.74丿=0.03172卩0.2=竺x290x979.64/744.74x_H18x0.3310.2=0.07428l9.81744.749.81lPL丿查化工原理（天大修訂版下冊［4］）P191得AP/Z=75x9.81Pa/m依經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取等板高度HETP=0.5m，則Z精=Nt?HETP=26X0?5=l3m精餾段總壓降A(chǔ)P=(Ap/Z)xZ=75x9.81x13=9564.8Pa精精0.5提餾段：LV102292.08(0.84\x105006.491854.83丿0.5=0.032189.81卩0.2=竺x290x969.38/854.83x竺x0.3060.2=0.0524l9.81854.839.81杳得AP/Z二36x9.81Pa/mZ=N?HETP=4X0.5=2m提T提餾段總壓降A(chǔ)P=(Ap/Z)xZ=36x9.81x2=706.3Pa提提全塔填料層總壓降A(chǔ)P二AP+AP二8829+706.3二10271.1Pa電主土曰精提填料總高度Z=Z+Z=13+2=15m精提表19填料層高度和壓強(qiáng)降計(jì)算匯總表參數(shù)精餾段提餾段全塔壓降A(chǔ)P/Z(Pa/m)75X9.8136X9.81111X9.81總壓降/Pa9564.8706.34271.1填料層高度/m132154.1.4汽化塔附屬設(shè)備的選型計(jì)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。取冷凝器傳熱系數(shù)K=700W/(m2°C)逆流：T65.18C-65.01Ct35C一20C△tmA△tmAtAt-At(65.18-35)-(65.01-20)2—==37.10Cln(At/At)…2