【正文】 年產20萬噸二甲醚的生產項目設計書第一章 總論本項目為 陜西省府谷化工廠 新建以二氧化碳和氫氣為原料年產20萬噸二甲醚的生產項目， 與甲醇項目構成聯(lián)合生產線。 項目總投資3億，，考慮到多方面因素干擾，建設預計期限為2年。 設計依據(jù)化工工程設計相關規(guī)定。國家經濟、建筑等相關政策。2010年西北大學化工學院課程設計指導書。 工藝特點本廠以二氧化碳及氫氣為原料，在多段絕熱床中利用一步法合成二甲醚（DME）及副廠物甲醇，收集足夠甲醇作為副產品銷售。二氧化碳及氫氣來源于工業(yè)園區(qū)其他化工廠，原料充足。 產品方案本廠產品主要有二甲醚、甲醇，并副產一定量的低壓蒸汽。產品名稱本廠規(guī)格國家規(guī)定產量（萬噸/年）單價（元/噸）二甲醚摩爾分率燃料級203650甲醇摩爾分率工業(yè)級2100蒸汽中壓級200表 11 產品分析二甲醚、甲醇主要銷售市場在以府谷為中心的西北地區(qū)，西北地區(qū)主要燃料依舊是煤及天然氣，二甲醚作為新型節(jié)能環(huán)保燃料，在此地區(qū)有廣大的發(fā)展前景，本項目聯(lián)系其他化工廠，構成聯(lián)合生產線，合作生產。第二章 廠址選擇 選擇原則1) 原料和市場廠址應靠近各種原料產地和市場2) 能源化工廠需要大量的動力和蒸汽，應靠近燃料的供應點3) 氣候4) 運輸條件盡量考慮靠近鐵路樞紐以及利用河流、運河、湖泊或海洋進行運輸?shù)目赡苄裕愤\輸可用作鐵路和水路的補充5) 供水化工廠使用大量的水，用于產生蒸汽、冷卻、洗滌，有時還用做原料。因此，廠址必須靠近水量充足和水質良好的水源。6) 對環(huán)境的影響應得到當?shù)丨h(huán)保部門的認可，和便于妥善處理廢物7) 勞動力的來源8) 用地節(jié)約用地，盡量少占耕地，并考慮工廠發(fā)展的土地空間9) 協(xié)作條件選擇在貯運、機修、公用工程（電力、蒸汽）和生活設施等方面具有良好協(xié)作條件的地區(qū)10) 預防災害及其他避免低于洪水水位或在采取措施后仍不能確保不受水淹的地段，以及地震、泥石流、滑坡、有開采價值的礦藏、文物保護等地區(qū)。 廠址選擇及優(yōu)勢陳述本項目目標：以二氧化碳及氫氣為原料年產20萬噸二甲醚。本廠具體選址：陜西省榆林市府谷縣皇甫工業(yè)園區(qū)選址地簡介：府谷（Fugu）縣位于舉世矚目的“神府東勝煤田”腹地，北與內蒙古準格爾旗和伊金霍洛旗、東與山西省保德縣和河曲縣、南與陜西神木縣相鄰，總面積3212平方千米，（2004年），是全國載能火電第一縣、全國最大的金屬鎂、電石生產基地，也是陜西省政府公布的2007年度“陜西縣域經濟社會發(fā)展十強縣”之一。主要產業(yè)有煤炭、火電、電石、金屬鎂以及其他載能煤化工。2009年全縣實現(xiàn)生產總值155億元。實現(xiàn)財政收入42億元。2007年，%；，%；，%。人均GDP為19481元。在經濟總量中，非公有制經濟占74%。現(xiàn)有工業(yè)企業(yè)338戶，從業(yè)人員26495人，工業(yè)主要產品有18個系列，100多個品種，主要產品有原煤、焦粉、火電、水泥、生鐵、電石、硅鐵、硅鈣、金屬鎂等；已初步形成一個以煤炭為龍頭，電力、冶金、化工、建材為支柱的產業(yè)體系。2008年工業(yè)總產值達69億元。，%。原煤的產量為2025萬噸，，蘭炭376萬噸，水泥56萬噸。2008年前三季度，生產總值達到75億元，其中非公有制經濟占總量的74%。財政收入22億元，預計今年生產總值突破100億元大關，府谷經過步履蹣跚的歷程，2009年全省107縣、市83個縣中縣域經濟排序進入全省第3名。是一個正在崛起的工業(yè)縣和華夏兒女進行西部大開發(fā)的“瑰寶地”。本廠選址原因：1）交通便利府谷縣位于陜西省最北部，北緯38度42分至39度35分，東經110度22分至111度14分。 縣內有府（谷）店（塔）一級公路通往神木，另有多條二級公路通往太原、包頭、鄂爾多斯，府谷也是正在建設的“榆（林）商（州）高速公路”起點?？h城至榆林市219公里；至省會西安760公里；至山西省省太原370公里。鐵路方面，有西煤東運大通道神朔鐵路通過縣境，神木北（店塔）—大同往返旅客列車途徑在府谷縣城并設有客運站。2) 原料豐富府谷縣煤炭儲藏面積達950平方公里；初步探明儲量就有200億噸，其中侏羅紀煤150億噸，儲藏面積650平方公里，分布在8個鄉(xiāng)。煤層地質構造簡單，層位穩(wěn)定，埋藏淺，宜于露天平峒開采。府谷煤屬世界優(yōu)質煤，平均發(fā)熱量為每公斤6900至7200大卡；灰分僅占510％；％；％；屬特低硫、特低磷、特低灰、中高發(fā)熱量；不粘和弱粘長焰優(yōu)質動力煤和化工用煤。府谷境內有與礦產資源分布大體相一致的黃河漫灘地下水和奧陶紀巖溶水，就水近煤，資源組合條件好。，其中客水徑流量3億m3。己探明的有天橋、孤山川口、陰塔、磧塄、清水川口、新民和勃牛川７處水源地。目前，在建項目的地方工農業(yè)生產總用水量約9萬m3/日，煤電載能工業(yè)基地規(guī)劃擬建項目日需水預計約20萬m3/日，完全可以滿足府谷煤電載能工業(yè)某地建設的需要?？h城生活用水，現(xiàn)日產5000噸，供應居民7萬人，　3）配套設施　 陜西省最大的鋁礬土礦床就在府谷縣，儲藏面積為80平方公里，；礦區(qū)水文地質構造簡單，利用開采；屬高品位大型富礦。全省最大的高嶺土礦就在府谷縣，遠景儲量為10億噸。雜質含量低，結晶好，是陶瓷、造紙、化工、電子工業(yè)的原料。 　　縣城東部的黃河天橋水電站。全縣23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)全部通電。全縣水資源，；。孤山川水能資源儲量為7070千瓦。 4）鼓勵政策　　建立縣級非公有制經濟（中小企業(yè)）發(fā)展專項資金，重點用于扶持符合國家產業(yè)政策，節(jié)能降耗，并對全縣經濟有帶動作用的綜合利用項目。建立“府谷縣中小企業(yè)融資擔?；稹保哟髮χ行∑髽I(yè)信貸支持力度，解決中小企業(yè)融資擔保困難，促進中小企業(yè)快速健康發(fā)展。各金融機構要優(yōu)先支持國家鼓勵類投資規(guī)模較大的、發(fā)展前景較好的非公有制經濟投資項目。對非公有制企業(yè)的技術創(chuàng)新項目，可享受貸款貼息政策，鼓勵增加技術創(chuàng)新投入，凡用于研究開發(fā)新產品、新技術、新工藝的費用，列入企業(yè)成本，在稅前列支。 附圖 圖21 化工廠具體選址圖第三章 工藝說明 工藝方案的選擇與比較（1） 二甲醚的性質二甲醚又稱甲醚，簡稱DME。其英文名稱為dimethyl ether，分子式為CH3OCH3，相對蒸氣密度（空氣為1），爆炸范圍：—%（V／V），引燃溫度：350℃，二甲醚易溶于水，醇和乙醚中。二甲醚具有惰性、無腐蝕性、無致癌性、幾乎無毒。二甲醚在空氣中長期曝露不會形成過氧化物。在常壓下是一種無色氣體，有醚類特有氣味。二甲醚作為氟里昂的替代物，在氣霧劑和制冷劑行業(yè)的使用量迅速增加。二甲醚為環(huán)保染料，在取代柴油等染料上很有發(fā)展前景，為未來可利用理想能源之一。（2） 二甲醚的生產工藝比較DME合成時發(fā)生的反應主要有：DME生產技術很快發(fā)展到現(xiàn)有的幾種方法。1 甲醇液相脫水法傳統(tǒng)生產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生成二甲醚。該反應的特點是反應溫度低(130～160℃)，選擇性及轉化率均大于90％，可間歇和連續(xù)生產，投資少。操作簡單。由于濃硫酸對甲醇的碳化作用較大，催化劑的使用周期短，同時脫除反應會產生大量的殘酸和廢水。對環(huán)境污染嚴重；中間體硫酸氫甲酯毒性較大，危害人體健康。傳統(tǒng)工藝的生產規(guī)模都相對較小。上海石油化工研究院在傳統(tǒng)的甲醇液相脫水裝置上。通過將反應與分離操作合成一體有效抑制了有機物的碳化。同時硫不受損耗而被封閉在反應器中供長期使用(首次使用時間達6年多)．大大降低了成本．減少了污染121。2 氣相甲醇脫水法1965年．美國Mobil公司最早報道了氣相甲醇脫水法制二甲醚的方法。其基本原理是在固定床催化反應器中使甲醇蒸汽通過固體酸性催化劑(氧化鋁或結晶硅酸鋁)，發(fā)生非均相反應，甲醇脫水生成二甲醚，脫水后的混合物再進行分離、提純，得到燃料級或氣霧劑級的二甲醚。國內有專利報道，在較低溫度(100—1250C)、常壓(0—0．05MPa)和新的催化劑作用下進行脫水生產出二甲醚氣體。解決了酯化脫水、催化劑再生和反應過程同步等技術問題。上海石油化工研究院采用自行開發(fā)的D_4型氧化鋁催化劑也取得了成功。并建成2 000t／a甲醇氣相催化脫水制二甲醚工業(yè)裝置。于1995年開車成功。該裝置的甲醇轉化率≥60％，二甲醚選擇性I99％，催化劑使用壽命大于6個月．產品規(guī)格達到氣霧劑級的高純度二甲醚131。氣相甲醇脫水法合成二甲醚的國內外工藝進展情況見圖31圖 31 氣相甲醇脫水法合成二甲醚的國內外工藝進展情況3 液相脫合成氣一步法合成二甲醚國內外對甲醇合成和甲醇脫水反應的動力學進行了廣泛研究。中科院大連化物所近年來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。并在此基礎上開發(fā)了固定床合成氣一步法合成二甲醚新工藝。該工藝采用固定床反應器．合成氣原料njco為1～2，CO／C02為15—25，操作壓力2．5—4．0MPa，反應溫度230—3000C．原料合成氣進氣空速700～l 500h1．所用催化劑為自制的金屬沸石催化劑。另外還開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的研究，希望通過廉價氧源實現(xiàn)廉價合成氣，從而降低二甲醚合成生產成本。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發(fā)的技術。與傳統(tǒng)甲醇脫水工藝相比．工藝裝置結構簡單，便于移出反應熱，易于實現(xiàn)恒溫操作，可以使反應與傳熱過程耦合，從而達到最佳反應溫度。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單程轉化率和二甲醚產率，使二甲醚在成本上更具有優(yōu)勢。目前。該技術正處于小試及中試階段。4 加氫直接合成法近年來，加氫制含氧化合物的研究越來越受重視，有效利用可以減少工業(yè)排放對環(huán)境的污染。日本關西電力公司和三菱重工公司把合成甲醇脫水生成二甲醚反應設計在一個固定床里．反應條件為溫度250—3000C。壓力4～10MPa，采用專利雙功能催化劑，小試轉化率達90％，二甲醚選擇性為45％。國內對與氫氣合成二甲醚也有研究。中科院蘭州化物所利用研制的功能催化劑，采用固定床管式反應器，在240℃、的條件下。轉化率達到34．5％。二甲醚選擇性為60．7％；華東理工大學房鼎業(yè)等人采用國產C302型銅基催化劑和CM一3—1改性分子篩組成的復合催化劑，在260℃、5．0MPa、為4的原料氣條件下，考察了在攪拌釜反應器中加氫合成二甲醚的反應性能，轉化率為65％，二甲醚選擇性為60％。5二甲醚生產工藝比較甲醇液相硫酸催化法和甲醇氣相法二甲醚生產技術較為成熟，兩種方法均有工業(yè)裝置運轉。甲醇脫水法以精甲醇為原料。脫水反應副產物少，二甲醚純度達99％，適用于有較高要求的氣霧產品，也可以用作制冷劑或醫(yī)用氣霧劑的拋射劑。該工藝比較成熟．可以依托老企業(yè)建設新裝置，也可單獨建廠生產。但該方法要經過甲醇合成、甲醇精餾、甲醇脫水和二甲醚精餾等工藝。流程較長。因而設備投資大，產品成本高，受甲醇市場波動的影響也比較大。合成氣法生產二甲醚工藝是一項適合中國國情的技術路線。特別是在淤漿床中，反應溫度分布均勻，熱平衡較易控制，操作簡單且穩(wěn)定性好，生產成本低。合成氣法所用的合成氣可由煤、重油、渣油氣化及天然氣轉化制得，原料經濟易得，因而該工藝可用于化肥廠和甲醇廠。這些工廠可將甲醇裝置適當改造用于生產二甲醚。形成規(guī)模生產。目前一步法生產二甲醚面f盜的關鍵問題是：需要高效低價的煤制氣工藝及設備；需要能滿足大型化二甲醚生產用的反應器；解決以煤為原料制二甲醚生產過程中的利用問題；相關催化荊的開發(fā)與生產；成熟而經濟的二甲醚分離提純技術。 本項目工藝說明本項目采用的原料是傳統(tǒng)的化石資源，由于所選廠區(qū)自然資源豐厚可進行大規(guī)模采集，因此原料采集不是本廠生產瓶頸，初步計算本廠規(guī)?？稍谀戤a二甲醚20萬噸，大型的生產規(guī)模保證了生產成本的大幅度降低進而使二甲醚能在經濟上與LPG媲美。根據(jù)本廠的生產特點及各一步法工藝優(yōu)缺點的比較，本分廠利用二氧化碳和氫氣為原料，采用多段絕熱床一步法工藝合成二甲醚。但由于該工藝尚處于研發(fā)過程中，有許多技術難題需攻克，本項目根據(jù)根據(jù)現(xiàn)有資料進行了初步設計。 流程模擬說明圖 32 AUTOCAD流程模擬圖一、 反應工段 綜述原料氣與循環(huán)氣混合后，經過換熱器到達反應所需的溫度后，進入反應器合成二甲醚。由于二氧化碳加氫直接合成二甲醚是一個復雜的化學反應體系，體系中共有6個化學物種，即、CO、和，用原子矩陣法確定立反應數(shù)。原子矩陣的秩為3，反應體系組分總數(shù)為6，故獨立反應數(shù)應為3。現(xiàn)將二氧化碳加氫合成甲醇反應、逆水煤氣變換反應和甲醇脫水反應選作獨立反應：反應器出口氣中含有CO、HCH3OH、COCH3OCHH2O，經過三次換熱后進入吸收工段。圖 33 反應工段反應器 本項目采用三段絕熱固定床反應器，段間利用飽和水間接冷卻。在260℃，4Mpa下，：為1:3的條件下進行合成二甲醚。特點： 三段絕熱式固定床反應器的主要由反應段和換熱段兩部分構成，原料由反應器頂部氣體入口分布器進入反應器，氣體入口分布器的結構和結構參數(shù)直接影響反應器內流體的均布情況，入口分布器的使用是實現(xiàn)氣流均勻分布的重要手段和必要措施。原料氣在第一反應段達到一定轉換率后，由于該反應放熱，物料溫度升高，進入第一換熱段換熱，換熱后物料進入第二反應段繼續(xù)反應，在第二反應段達到一定轉化率后進入第二換熱段換熱，換熱后進第三反應段。該反應器共有三段，故物料在第三反應段達一定轉化率后，從反應器底部出料。反應后的物料經多級換熱后進吸收塔吸收。催化劑由于利用二氧化碳和氫氣為原料合成二甲醚工藝尚不成熟，催化劑仍處于研發(fā)間段，本項目中根據(jù)現(xiàn)有催化劑有關報道，采用改良后的CuOZnOA1203／HZSM一5復合催化劑。根據(jù)報道在260℃，4Mpa，CO2：H2=1:3的條件下，