【導(dǎo)讀】年產(chǎn)15萬噸甲醇合成二甲醚工藝設(shè)計(jì)

　　

【正文】 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。 甲醇塔和二甲醚精餾 塔 二甲醚精餾塔底部液體被引入甲醇蒸餾塔中，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的蒸汽來補(bǔ)充。 頂部甲醇蒸汽在甲醇冷凝器的冷卻水冷凝，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℃ 以上溫度，過熱19 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 280℃ 450℃ 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，把液體的水和甲醇、二甲醚分離，分離后的甲醇和二甲醚由泵加壓輸送至精餾塔進(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)入甲醇回收塔。 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)入甲醇貯罐。甲醇回收塔底廢水中甲醇含量小于 %，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) 二甲醚產(chǎn)品指標(biāo) 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（ ） 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 ≥99% 釜液甲醇含量 ≤%； 合成塔：轉(zhuǎn)化率 ≥80% 選擇性 ≥%； 精餾塔：塔頂二甲醚純度 ≥% 釜液二甲醚含量 ≤%； 20 表 產(chǎn)品二甲醚產(chǎn)品指標(biāo) 序號 組分 純度 備注 1 2 3 4 二甲醚 甲醇 水分 C3 以下烴 類 ≥% ≤ ≤ ≤ 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φ=3mm， L=58 mm白色顆粒狀，堆積體積密度 ≤，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 ≥80﹪，選擇性指標(biāo)接近 100﹪。極微量副產(chǎn)物為甲烷、二氧化碳。再生周期 ≥300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。 21 第 三 章 塔設(shè)備計(jì)算及選型 原料甲醇流量的估算：年產(chǎn) DME15 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 100%計(jì)算，二甲醚產(chǎn)品純度為 %。結(jié)合甲醇脫水反應(yīng)式可得下式： ? ? 40000003 102 3 0 0 .999101 5 0 0 0 0 ????????? ??? ?? kg/h 汽化塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 物料衡算 已知 F39。= 410? kg/h, ,9039。 00?Fx ,9939。 00?Dx 39。?wx (以上均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù) )， 323 2 . 0 4 / , 1 8 . 0 2 /C H O H H OM k g k m o l M k g k m o l??，33 OCHM ? kg/kmol 摩爾分率： 9 0 / 3 2 . 0 4 8 3 . 5 0 %9 0 / 3 2 . 0 4 1 0 / 1 8 . 0 2Fx ??? 9 9 / 3 2 . 0 4 9 8 . 2 4 %9 9 / 3 2 . 0 4 1 / 1 8 . 0 2Dx ??? 0 . 5 / 3 2 . 0 4 0 . 2 8 1 8 %0 . 5 / 3 2 . 0 4 9 9 . 5 / 1 8 . 0 2Wx ? 進(jìn)料平均相對分子質(zhì)量 M 平均 =%+%=則進(jìn)料摩爾流量為： F= 3 8 4 ?? kmol/h 總物料 F D W?? (31) 易揮發(fā)組分 F D WFx Dx Wx?? (32) 帶入數(shù)據(jù)解得： hkmolD ? hk molW 7 1 0 8? 22 塔頂產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量 ? ? M 3 2 . 0 4 9 8 . 2 4 % 1 8 . 0 2 1 9 8 . 2 4 % 3 1 . 7 9 k g / k m o l? ? ? ? ? ? 塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量 hkgD ???? 塔釜產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量 ? ?M 3 2 . 0 4 0 . 2 8 1 8 % 1 8 . 0 2 1 0 . 2 8 1 8 % 1 8 . 0 6 k g / k m o l? ? ? ? ? ? 塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量 0 8 ??? 表 物料衡算結(jié)果表 單位 進(jìn)料 F 塔頂 D 塔釜 W 物料 kg/h kmol/h 103 103 103 組成 質(zhì)量分率 摩爾分率 90% % 99% % % % 表 甲醇 水平衡時(shí)的 t、 x、 y 數(shù)據(jù) 平衡溫度 t 100 液相甲醇x 0 氣相甲醇y 0 根據(jù)汽液平衡表（即 xyt 表），利用內(nèi)插法求塔頂溫度 LDt 、 VDt ，塔釜溫度 Wt ，進(jìn)料液溫度 tf 塔頂溫度 LDt 、 VDt 23 6 6 . 99 8 . 2 4 8 7 . 4 1 6 5 . 0 11 0 0 8 7 . 4 1 6 4 . 7 6 6 . 9LD LDt t?? ? ? ???℃ 6 4 .71 0 0 9 8 .2 4 6 5 .1 81 0 0 9 1 .9 4 6 4 .7 6 6 .9VD VDt t?? ? ? ???℃ 塔釜溫度 W t 1001 0 0 9 2 .9 9 9 .6 20 5 .3 1 0 .2 8 1 8 0WWt t?? ? ? ???℃ 進(jìn)料液溫度 tF 6 8 . 06 8 . 0 7 0 . 0 6 8 . 2 58 5 . 6 2 6 8 . 4 9 8 3 . 5 0 8 5 . 6 2FFt t?? ? ? ???℃ 回流比的確定： 根據(jù)化工文獻(xiàn)資料圖，知 進(jìn)料平衡曲線為不正常平衡曲線，為減小誤差， 有 圖最小回流比 Rmin 由點(diǎn)（ xD ,xD ）向平衡線作切線，交軸于（ 0， ），即精餾操作線截距 ?? ，所以min ?? ，所以 min ? 。操作回流比可取為最小回流比的 倍，所以取回流比 m in1 .3 1 .3 2 .3 6 3 .0 7RR? ? ? ? 平均相對揮發(fā)度 α ： t=℃ 時(shí) 1 ( 1 ) 2 8 . 3 4 ( 1 0 0 5 . 3 1 ) 7 . 0 5( 1 ) ( 1 0 0 2 8 . 3 4 ) 5 . 3 1ABBByx yxy x y x? ? ? ?? ? ? ?? ? ? t=℃ 時(shí) 2 ( 1 ) 9 1 . 9 4 ( 1 0 0 8 7 . 4 1 ) 1 . 6 4( 1 ) ( 1 0 0 9 1 . 9 4 ) 8 7 . 7 4ABBByx yxy x y x? ? ? ?? ? ? ?? ? ? 12 7 . 0 5 1 . 6 4 4 . 3 522??? ? ?? ? ? 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24 飽和水蒸氣冷凝時(shí)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) 1001000℃ ，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 （溫度為 ℃ ）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)貧鉁叵拗疲鋮s水一 般為1025℃ 。本設(shè)計(jì)選用 20℃ 的冷卻水，選升溫 10℃ ，即冷卻水的出口溫度為 35℃ 。 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 ( 1 ) ( )C V D L DQ R D I I? ? ? (33) 其中 VDI ——塔頂上升蒸汽的焓； LDI ——塔頂餾出液的焓。 ( 1 )V D L D D DV VI I x H x H? ? ? ? ? ?甲 水 (34) 其中 VH?甲 ——甲醇的蒸發(fā)潛熱； VH? 水 水的蒸發(fā)潛熱 蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系： 21121()1 rV rTHH T?? ? ? ? (35) 其中 rT ——對比溫度。 表 沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱 列表 沸點(diǎn) /℃ 蒸發(fā)潛熱 rH? /(kcalkmol1) Tc/K 甲醇 水 100 8430 9729 由沃森公式計(jì)算塔頂溫度下的潛熱 25 2211()1 rVVrTHH T?? ? ? ? (36) ℃ 時(shí)，對甲醇：22 2 7 3 . 1 5 6 5 . 1 8 0 . 6 6 05 1 2 . 6rCTT T ?? ? ? 11 2 7 3 . 1 5 6 4 . 6 50 . 6 5 95 1 2 . 6rCTT T ?? ? ? 蒸發(fā)潛熱 0 . 3 81 0 . 6 6 08 4 3 0 ( ) 8 4 2 0 . 5 9 71 0 . 6 5 9rH ?? ? ? ??甲 kcal/kmol 對水，同理得 Tr2=， Tr1= 蒸發(fā)潛熱 0 . 5 2 39 7 2 9 ( ) 1 0 1 7 4 . 3 3 81 0 . 5 7 6H r ?? ? ? ??水 kcal/kmol 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?，與露點(diǎn)相接近，所以 ( 1 )V D L D D DI I x H x H? ? ? ? ? ?甲 水 (37) 代入數(shù)據(jù)得 VD IDII? =? ? 0 5 3 1 7 9 4 5 1 7 ?????cQ kcal/h 冷卻劑的消耗量 ? ? ? ? 5 4 7 0 2 1 1 920351 0 5 3 1 7 9 312 ?????? ttC QW pc cckcal/h (2) 加熱器的熱負(fù)荷及全塔熱量衡算 選用 (℃ )飽和水蒸氣為加熱介質(zhì) 表 甲醇、水在不同溫度下混合的比熱容 [單位： kcal/(kg.℃ )] 甲 醇 ? ? 1 ? ? ? 1 ? ? 水 1pC ? 1pC ? 2 1pC? 1pC ? 1pC ? 2 1pC? ? 甲醇： 1 ( ) 0 . 7 2 5 (6 5 . 0 1 6 8 . 2 5 ) 2 . 3 5p L D FC t t? ? ? ? ? ? ?kcal/kg 26 1 ( ) 0 . 7 8 2 ( 9 9