【文章內(nèi)容簡介】 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。[7]優(yōu)點：由于操作溫度較低，明顯降低了甲醇合成催化劑的熱失活及脫水催化劑的結(jié)炭現(xiàn)象，延長了催化劑的使用壽命； CO轉(zhuǎn)化率較高；可使用貧氫原料氣，因而為煤化工的發(fā)展提供了廣闊的空間。 [8]缺點：該工藝在我國尚處于研發(fā)階段，若建生產(chǎn)裝置需大量外匯引進國外技術(shù)，風險較大。（本設計采用方法）反應式：2CH3OH→CH3OCH3+H2O主要副反應： CH3OH＝CO+2H2 H3COCH3＝CH4+H2+CO CO+H2O＝CO2+H2甲醇氣相催化脫水法是指甲醇以氣相方式進行的脫水反應，這目前國內(nèi)外使用最多的二甲醚工業(yè)生產(chǎn)方法，反應溫度為230400℃，采用的催化劑為磷酸鋁。主要工藝過程為：甲醇經(jīng)汽化在換熱器中與反應器出來的反應產(chǎn)物換熱后進入反應器中進行氣相催化脫水反應，反應產(chǎn)物經(jīng)換熱后、用循環(huán)水冷卻冷凝。冷卻冷凝后的物料進行氣液分離，氣相送洗滌塔用甲醇或甲醇水溶液吸收回收其中二甲醚，液相也就是粗二甲醚送至精餾塔進行精餾分離。該工藝成熟簡單，對設備材質(zhì)無特殊要求，基本無三廢及設備腐蝕問題，后處理簡單。另外裝置適應性廣，可直接建在甲醇生產(chǎn)廠，也可建在其他公用設施好的非甲醇生產(chǎn)廠。用該工藝制得的DME產(chǎn)品純度最高可達99％，該產(chǎn)品不存在硫酸氫甲酯的問題。在現(xiàn)有的二甲醚生產(chǎn)方法中，一步法目前該方法正處于工業(yè)放大階段，規(guī)模比較小，另外，它對催化劑、反應壓力要求高，產(chǎn)品的分離純度低，二甲醚選擇性低，這都是需要研究解決的問題；甲醇液相法雖然有技術(shù)突破，但仍有投資高、電耗高，生產(chǎn)成本高等問題，而且反應器放大難度大，大裝置反應器需多套并聯(lián)。而先進的氣相法投資低、能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好，而且反應器催化劑裝填容量大，易于大型化，是目前最理想的二甲醚生產(chǎn)方法。雖然該方法投資大，產(chǎn)品成本較高 [9]。但相比其他方法而言是最為成熟的方法。本設計采用氣相甲醇脫水法制DME，相對液相法，氣相法具有操作簡單，自動化程度較高，少量廢水廢氣排放，排放物低于國家規(guī)定的排放標準，DME選擇性和產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點。同時該法也是目前國內(nèi)外生產(chǎn)DME的主要方法[10]。原料名稱：甲醇分子式。%（質(zhì)量分數(shù)）。甲醇是最簡單的飽和脂肪醇，℃，自燃點385℃。20℃時，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，%%（體積）。原料：工業(yè)級甲醇 甲醇含量≥％ 水含量≤％ 產(chǎn)品：DME含量≥％ 甲醇含量≤% 水含量≤%（均為質(zhì)量分數(shù)） 設計規(guī)模：50,000噸DME/年，按照8000小時開工計算，產(chǎn)品流量 6250kg/h 。 設計要求：產(chǎn)品DME：％，％。 回收甲醇：％，％。（質(zhì)量分數(shù)）主要內(nèi)容：(1)確定了生產(chǎn)二甲醚的基本工藝流程(2)反應器、精餾塔、換熱器的的物料衡算和熱量衡算(3)二甲醚精餾塔的塔高、塔徑以及塔板數(shù)的計算，甲醇回收塔的粗略計算(4)換熱器等附屬設備的計算選型(5)繪制全廠工藝流程圖、二甲醚板式精餾塔的裝配圖意義：基本確定了化工廠實際生產(chǎn)二甲醚的方法與流程。2 生產(chǎn)流程的確定反應方程式： 本過程采用連續(xù)操作，設計的反應條件：溫度T=250℃370℃，反應壓力，反應在絕熱條件下進行。選擇性：該反應為催化脫水，該反應過程為單一、不可逆、無副產(chǎn)品的反應，選擇性為100%，即S=1。轉(zhuǎn)化率：反應為氣相反應，甲醇的轉(zhuǎn)化率在80% 。緩沖槽預熱器換熱器反應器精餾塔回收塔冷卻器原 料DME產(chǎn)品廢水圖21 工藝流程簡圖經(jīng)原料庫來的新鮮甲醇經(jīng)往復泵升壓和未完全反應的甲醇循環(huán)物流相混合進入甲醇預熱器E0101，用低壓蒸汽加熱到146℃，經(jīng)過換熱器E0102換熱到260℃進入反應器R0101進行絕熱反應，反應器溫度在250370℃之間。反應器出口混合物經(jīng)過換熱器E010冷卻器E0103，控制在泡點進料的狀態(tài)下進入DME板式塔精餾塔T0101進行分離，％的產(chǎn)品二甲醚，塔底得到甲醇和水的混合物。甲醇和水的混合物再進入甲醇回收塔T0102進行分離，在T0102塔中將水和甲醇分離，%的甲醇，回收得到的甲醇繼續(xù)循環(huán)使用，塔底得到的廢水再進行相關(guān)的污水處理之后排放。3 物料衡算與能量衡算：根據(jù)設計任務，二甲醚的年生產(chǎn)能力為50,000噸/年。全年生產(chǎn)時間為8000小時，剩余時間為大修、中修時間，則每小時的生產(chǎn)能力為：50000247。8000=6250kg/h =設計過程的物流輸入輸出情況和循環(huán)物流清況如圖31所示。二甲醚產(chǎn)量＝，轉(zhuǎn)化率x＝，選擇性S＝1設原料甲醇量為F，回收甲醇量為R，則：進入反應器未反應的量=進入反應器總量（1轉(zhuǎn)化率）則：R= (F+R)() （公式31）則根據(jù)反應方程式有: (F+R)/2= （公式32）計算得：F= kmol/h， R= 。％，％，水的流量為q1 kmol/h，則 （公式33）得q1=％，廢水中甲醇流量為q2 kmol/h，則則q2= kmol/h％，設回收甲醇中二甲醚流量為q3 kmol/h，則則q3 = kmol/h％，設回收甲醇中水流量為q4,則 （公式34）則q4= kmol/h緩沖槽出口的水流量=原料甲醇中水的含量q1+回收甲醇中水的含量q4= kmol/h+ kmol/h=2. 96 kmol/h(1)進入反應器物料流量的計算①進入反應器中二甲醚的流量q5=回收的甲醇中二甲醚的含量即 q3 = kmol/h②進入反應器中甲醇的流量q6=原料甲醇的量+回收甲醇的量= kmol/h+ = kmol/h③進入反應器中水的流量q7=緩沖槽出口的水流量=(2)反應器出口物料流量的計算① 反應器出口二甲醚流量q8＝回收甲醇中二甲醚的含量q3+二甲醚產(chǎn)量＝ kmol/h +=②反應器出口甲醇流量=回收的甲醇量+廢水中甲醇的量q2= kmol/h + kmol/h= kmol/h③反應器出口水的流量反應器出口水的流量為q9，由反應器進出口物料守恒，則有：進入反應器中二甲醚的質(zhì)量+進入反應器中甲醇的質(zhì)量+進入反應器中水的質(zhì)量=反應器出口二甲醚質(zhì)量+反應器出口甲醇質(zhì)量+反應器出口水的質(zhì)量所以：46+32+18=46+32+ q918可得反應器出口水的流量q9= kmol/h進入甲醇回收塔水流量=反應器出口水的流量= kmol/h廢水中水流量=進入甲醇回收塔水流量－回收甲醇中水的流量= q9－q4= kmol/h－ kmol/h=表31 反應器物料衡算表進反應器（kmol/h）出反應器（kmol/h）二甲醚甲醇水表32 二甲醚精餾塔物料衡算表進料（kmol/h）塔頂（kmol/h）塔釜（kmol/h）二甲醚甲醇水表33 甲醇精餾塔物料衡算表進料（kmol/h）塔頂（kmol/h）塔釜（kmol/h）二甲醚甲醇水本次設計，在物料的進料溫度為260℃，出反應器的溫度為360℃，基準溫度取20℃,由物性手冊查的二甲醚、甲醇、水的比熱容分別為： Cp1=（kg/℃） Cp2= kJ/（kg/℃） Cp3=（kg/℃）原料氣反應前帶入熱量：Q1=(32+46+18)(26020) =106kJ/h反應后氣體帶走熱量：Q2=(32+46+18)(36020) =106kJ/h反應放出熱量QR：反應式2CH3OH→CH3OCH3+H2O+改寫為CH3OH—1/2CH3OCH3+l/2H2O+，則反應熱：QR=80%（）=106kJ/kmol熱量損耗Q3：熱量損耗主要體現(xiàn)在絕熱效果上，若保溫熱損失忽略不計，