【正文】 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)物取決于反應條件及催化劑）。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 %%（體積）。 本設計采用的甲醇原料濃度為 90%（質(zhì)量分數(shù)）?？梢娂状济撍?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。甲醇單程轉(zhuǎn)化率可達 85%，選擇性幾乎 100%，使用周期大于 1000h。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 200℃ )、常壓下實現(xiàn)了甲醇制 D 卜任的新工藝。我國化工部西南化工研究院也曾進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，當采用 ZSM 一 5在 200℃ 時，甲醇的轉(zhuǎn)化率可達 75%一 85%，選擇性大于 98%。 1991 年，日本三井東亞化學公司開發(fā)了一種新的甲醇脫水制 DME 催化劑。 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 一 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%。最早采用的脫水劑是濃硫酸，反應在液相中進行。 （一）甲醇脫水制二甲醚 二甲醚可由甲醇脫水制得。 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(chǎn)品。 設計者：袁婷婷 日期： 2020 年 12 月 6 號 太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 6 年 產(chǎn) 20 萬噸甲醇制二甲醚的工藝初步設計 一、概述 設計依據(jù) 原料規(guī)格 1)原料甲醇 原料直接采用市售質(zhì)量分數(shù)為 90%的甲醇經(jīng)汽化提純后合成二甲醚。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(jīng)濟分析等。上述各方面問題的研究結(jié)果表明， 20 萬噸 /年二甲醚項目符合國家產(chǎn)業(yè)政策和未來能源市場發(fā)展方向，市場預測樂觀，工藝方案合理，工藝技術(shù)成熟可靠，投資估算和財務評價結(jié)果也表明項目經(jīng)濟效益明顯。工程總投資估算值 14300 萬元，項目的內(nèi)部收益率所得稅前為 %，高于基準收益率 12%。而且設備臺數(shù)較少，設備制作立足于國內(nèi)現(xiàn)狀，均能在國內(nèi)制造而 不需進口，可大大降低項目投資。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)濟可行，其成本有競爭力；（ 5）易于實現(xiàn)，其運行所需要的基礎設施和現(xiàn)有基礎設施基本相容，不需要另裝一套裝置。 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。 太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 4 Abstract This is the first step process design for annual output of 100,000 tons of dimethl ether. The performances, the main usages, the production situation as well as the development trends of dimethyl ether (DME) are introduced in the designed specifications. Methanol dehydration to DME process (namely, MTD process) is decided to the method for preparing DME. And the design is in accordance with the requirements of the mission design. The designed emphasis is focused on the material balance, energy balance, and the equipment and technical parameters etc. The experience and prehensive methods for disposal of “three wastes” (waste gas, waste water and industrial residue) appears in the production of DME in the process are also stated. The technical and economic evaluations of the entire device, as we ll as the security matters emerging in the management are explained. Drawing the corresponding design drawings, design drawings, including process maps, plans of major equipment assembly, equipment such as the layout plans. Key words: Methanol, dimethyl ether, dehydration, catalysis, process design 太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 5 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。繪制了相應的設計圖紙，設計圖紙包括工藝流程圖、主要設備圖的裝配圖、設備的平面布置圖等。太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 1 太原理工大學化學化工學院 《化工設計》課程設計說明 設計題目：年產(chǎn) 20 萬噸甲醇制二甲醚的工藝初步設計 學生學號： 2020202023 學生姓名： 袁婷婷 專業(yè)班級： 化工工藝 0902 指導教師： 鄭家軍 起止日期： ～ 太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 2 《化工設計》課程設計任務書 一、化工課程設計題目 年產(chǎn) 20萬噸甲醇制二甲醚的工藝初步設計 二、化工課程設計要求及原始數(shù)據(jù)（資料）： 原始數(shù)據(jù)（資料）：原料：甲醇（ 90%） 產(chǎn)品品種： 二甲醚 擬建規(guī)模： 20 萬噸 /年 年操作日： 365 天 操作溫度： 300 攝氏度 操作壓力： 標準大氣壓 催化劑： γA12O3 汽化塔：原料甲醇純度 90%（質(zhì)量分數(shù)，下同），塔頂甲醇氣體純度 ≥99%，釜液甲醇含量 ≤%； 合成塔：轉(zhuǎn)化率 ≥80%，選擇性 ≥%； 初餾塔：塔頂二甲醚純度 ≥95%，釜液二甲醚含量 ≤%； 精餾塔：塔頂二甲醚純度 ≥%，釜液二甲醚含量 ≤%； 回收塔：塔頂回收甲醇純度 ≥98%，廢水中甲醇含量 ≤% 三、化工課程設計主要內(nèi)容： 緒論 生產(chǎn)流程或方法的確定 物料衡算和熱量衡算 主要工藝設備的計算及選型（包括設備一覽表） 原材料、動力消耗定額及消耗量 參考文獻 致謝 附圖（帶控制點的工藝流程圖和關(guān)鍵設備的結(jié)構(gòu)圖） 太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 3 摘 要 本設計為年產(chǎn) 20 萬噸二甲醚的初步工藝設計，在設計說明書中，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，本設計 確定以甲醇脫水 作為本設計的工藝生產(chǎn)方法。在設計過程中，根據(jù)設計任務書的要求，通過物料衡算和熱量衡算，以確定設備工藝參數(shù)和消耗工藝指標，同時對二甲醚生產(chǎn)過程中的安全注意事項及 “ 三廢 ” 治理作了相關(guān)說明，對整個裝置進行了簡單的初步技術(shù)經(jīng)濟評價。 關(guān)鍵詞 ：甲醇，二甲醚，脫水，催化，工藝設計。二甲醚的理化性質(zhì)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(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，具有實用、通用、環(huán)保、安全、質(zhì)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。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。 本設計流程簡潔明暢，工藝條件溫和，操作簡易方便。按國家現(xiàn)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。其它各項效益指標及盈虧平衡分析結(jié)果均表明本項目具有很強的抗風險能力。 本設計包括設計說明書和圖紙兩部分。圖紙包括工藝流程圖，主設備圖，車間布置平面等。 產(chǎn)品品種、規(guī)格、質(zhì)量指標 ,操作條件及擬建規(guī)模 產(chǎn)品品種： 二甲醚 擬建規(guī)模： 20 萬噸 /年 年操作日： 365 天 操作溫度： 300 攝氏度 操作壓力： 標準大氣壓 催化劑： γA12O3 產(chǎn)品規(guī)格、質(zhì)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(zhì)量標準 (企業(yè)標準 ) 由于目前國內(nèi)尚無氣霧級二甲醚產(chǎn)品的國標，參照國內(nèi)行業(yè)的技術(shù)標準，氣霧級二甲醚產(chǎn)品應符合下述質(zhì)量標準 (企業(yè)標準 ) 項目 期望值 二甲醚 wt%≥ 甲醇 wt% ≤ 水份 wt%≤ 燃料級二甲醚質(zhì)量標準 (企業(yè)標準 ) 對燃料級二甲醚產(chǎn)品，目前也沒有相應的國標，參照國內(nèi)行業(yè)的技術(shù)標準，燃料級二甲醚產(chǎn)品應符合下述質(zhì)量標準 (企業(yè)標準 ) 項目 期望值 太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 7 二甲醚 wt%≥ 93 甲醇 Wt% ≤ 3 水份 wt%≤ 1 (2)二甲醚產(chǎn)品指標 表 7 產(chǎn)品二甲醚產(chǎn)品指標 序號 組分 純度 備注 1 2 3 4 二甲醚 甲醇 水分 C3 以下烴類 ≥% ≤ ≤ ≤ (3)塔設備指標如下： 汽化塔：原料甲醇純度 90%（質(zhì)量分數(shù)，下同），塔頂甲醇氣體純度 ≥99%，釜液甲醇含量 ≤%； 合成塔：轉(zhuǎn)化率 ≥80%，選擇性 ≥%； 初餾塔：塔頂二甲醚純度 ≥95%，釜液二甲醚含量 ≤%； 精餾塔：塔頂二甲醚純度 ≥%，釜液二甲醚含量 ≤%； 回收塔：塔頂回收甲醇純度 ≥98%，廢水中甲醇含量 ≤% 設計項目名稱 :年產(chǎn) 20 萬噸的甲醇制二甲醚的工藝初步設計 生產(chǎn)能力 生產(chǎn)方法：二甲醚的生產(chǎn)方法主要有一步法和二步法兩種。 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)。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。將甲醇和硫酸的混合物加熱可得 : 太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 8 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(zhuǎn)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。 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，反應條件比較溫和，常壓、 200℃ 左右即可獲得 80%甲醇轉(zhuǎn)化率和 98%DME 選擇性。據(jù)稱該催化劑是一種具有特殊表面積和孔體積的 γ一 A12O3，可長期保持活性，使用壽命達半年之久，轉(zhuǎn)化率可達 %，選擇性約 99%。擴大試驗于 1992年 3 月通過鑒定。在小試 1000h 工作的基礎上進行了單管試驗。適當調(diào)整溫度后，用粗甲醇 (平均含量為 %)同樣可獲得 80%的轉(zhuǎn)化率。 主要技術(shù)經(jīng)濟指標： 原料名稱：甲醇 分子式 CH3OH，相對分子質(zhì)量 。 （ 1）物理性質(zhì) 甲醇是最簡單的飽和脂肪醇，密度 ，沸點 ℃ ，自燃點太原理工大學化學化工學院《化工設計》課程設計說明書 9 385℃ (20℃ )，蒸汽壓 ，常溫常壓下純甲醇是無色透明