【正文】 ........ 35 回收塔及其附屬設備的計算選型 ....................................................................................... 36 物料衡算 ................................................................................................................ 36 熱量衡算 ................................................................................................................ 38 理論塔板數的計算 .................................................................................................. 39 回收塔主要尺寸的設計計算 .................................................................................... 40 塔徑設計計算 .......................................................................................................... 41 填料層高度的計算 .................................................................................................. 42 附屬設備的選型計算 ............................................................................................... 43 致謝 .............................................................................................................................................. 45 參考文獻 ....................................................................................................................................... 46 附錄 .................................................................................................................. 47 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品之一。 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。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??；（ 3）技術可行、成熟，可在大范圍內使用；（ 4）經濟可行，其成本有競爭力；（ 5）易于實現，其運行所需要的基礎設施和現有基礎設施基本相容，不需要另裝一套裝置。而且設備臺數較少，設備制作立足于國內現狀，均能在國內制造而不需進口，可大大降低項目投資。工程總投資估算值 14300 萬元，項目的內部收益率所得稅前為 %，高于基準收益率 12%。上述各方面問題的研究結果表明， 10 萬噸 /年二甲醚項目符合國家產業(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，工藝技術成熟可靠，投資估算和財務評價結果也表明 項目經濟效益明顯。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 經濟分析等。 設計 者 ： 武曉佩 2020 年 11 月 25 日 1 1 文獻綜述 二甲醚 概述 二甲醚的發(fā)展現狀 自 20 世紀 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。 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。隨著環(huán)境污染的日益嚴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。 目前，二甲醚發(fā)展的關鍵問題在于 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。 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，對臭氧破壞系數為零； ② DME 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 使噴霧產品不易致潮， 加之與其他氣霧劑相比， 其成本低、價格便宜從而被認為是新一代理想的氣霧推進劑。目前 DME 在世界噴射劑的用量中居第二位，僅次于碳氫化合物， 其次，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 。另外 Kohl 等人報道了以 DME、丙烷、丁烷制無氟制冷劑的方法。 DME 同發(fā)煙硫酸反應可以生成硫酸二甲 酯；同苯胺反應生成高純 N， N二甲基苯胺，脫水成乙烯，羰基化可以制取醋酸甲酯；與硫化氫反應生成二甲基硫醚，進而可生成二甲基亞砜。 （ 2）新近拓展的應用領域 作為新型高效清潔燃料是 DME 應用領域的一個嶄新的拓展應用領域 。由于 DME 的分子結構與烴類不同，只有 CH與 CO 鍵，沒有 CC 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 2 燃燒性能良好，燃燒廢氣無毒，完全符合衛(wèi)生標準；單一組成，無殘液；在室溫下可壓縮成液體，用現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。 表 1 DME 液化氣與液化石油氣性質比較 項目 分子量 壓力 Mpa (60℃ ) 燃燒溫度 ℃ 爆炸下限 % 理論空氣量 預混氣熱值 KJ/ m3 LPG DME 2055 2250 3903 4219 表 2 DME 與 0＃柴油的比較 對比項目 DME 0＃柴油 分子量 190～ 220 沸點（℃） 180～ 360 十六烷值 55～ 60 40～ 50 低熱值（ kJ/kg） 28840 42500 理論空燃比 9 氧含量（ %） — 硫化物 — 有 國內二甲醚市場簡況 現狀 中國 DME 生產起步較晚，但發(fā)展加快。此前，只有 江蘇昆山化工廠有少量生產。 近年來，我國 DME 的生產發(fā)展迅速。到 2020 年，發(fā)展到 30 多家生產企業(yè)，年生產能力約 48 萬噸，產量約 32 萬噸，開工率 67%。 寧夏銀川正在籌劃 的 年產 83 萬噸 DME 項目， 計劃今年年底投產， 初步決定采用美國空氣產品與化學品公司技術。寧夏石化集團公司、中煤四達礦業(yè)公司、西安交通大學、原化工部第二設計院、中國成達化學工程公司等參與合作。項目建設將分二個階段，第一階段生產 21 萬噸 /年，第二階段再擴增 62 萬噸 /年。寧夏煤炭資源豐富，但因為地處西部，且鄰省陜西、內蒙古、甘肅等均為富煤省份，煤炭外運十分困難。美國政府出資 萬美元對該項目給予援助。國內上述大部分企業(yè)生產的 DME 產品主要面向氣霧劑市場，到2020 年底為止，我國 DME 的正常生產能力為 1520 萬噸 /年。隨著國民經濟的發(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。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濟高速發(fā)展面臨的現實問題。 第二， DME 混烴燃料市場。 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。 第三， DME 作為 日用化工原料及化工中間體 市場。 DME 進入這一市場的特點是附加值高，因而利潤空間極大。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展。上海石油化工研究院開發(fā)成功的二甲醚反應蒸餾新技術，具有過程簡單、投資省、消耗低、操作控制容易，不產生廢酸、廢渣和含酸廢水等優(yōu)點，甲醇單程轉化率達 80%85%，選擇性大于 %。廣東省中山精細化工實業(yè)有限公司采用西南化工研究院開發(fā)的甲醇催化轉化二步法制二甲醚生產技術建立了 2500 噸 /年生產裝置。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裝置，產品純度達 %以上。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 一 A 型 )， 將大大促進二甲醚作為燃料在我國的推廣和普及。我國石油液化氣進口量近年迅速增加， 19%年進口量為 萬噸， 1998 年達 477 萬噸，預計到 2020 年進口量達 929 萬噸， 2020 年將達 1460 萬噸。 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， 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。 國外二甲醚市場簡況 現狀 目前世界上 DME 的生產主要集中在美國、德國、荷蘭和日本等國， 2020 年世界總生產能力預計 萬噸 /年，產量約 22 萬噸，開工率 75%。 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。以美國為例， 2020 年美國使用替代燃料（ LPG 和 CNG）的汽車為 42 萬輛，預計 2020 年為 330 萬輛。如果美國代用燃料的比例提高到 5%，起需求量將達到 2500 萬噸，可見替代燃料的市場前景是相當可觀的 [20]。 由于二甲醚的市場需求潛力十分巨大，在世界范圍內，其建設已經成為熱點項目，一些大型的二甲醚裝置已在積極籌建之中（見表 14），如果這些項目到 2020 都建成投產將新增二甲醚生產能力 793萬～ 893 萬噸。日本東洋工程公司（ TEC）完成建設單系列 250 萬噸 /年 DME 裝置的可行性驗證。意味著 DME 作為清潔燃料可與 LPG 相競爭， DME與 LPG 相似，易于貯存在現有的 LPG 終端和用船舶運輸。裝置設計為 10000 噸 /天甲醇設施，可提供 7000~8000 噸 /天 DME 反應器進料。 已 于 2020 年建成。擬采用托普索公司 DME 合成技術，利用24 億立方米天然氣，年生產 DME180 萬噸，用以替代石腦油、柴油和 LPG。 日本財團（三菱瓦斯 化學公司、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大規(guī)模 DME 裝置。 日本千代田和石川島播磨重工公司聯合為日本 JEE 控股公司進行 DME 裝置工程設計， JEE 公司 6 是工程和鋼鐵控股公司， 2020 年由川崎鋼鐵和 NKK 公司聯合而成。該裝置將采用 JEE 工藝從合成氣 間 接生產 DME。 表 4 籌建中 的二甲醚裝置（不完全統(tǒng)計） 單位：萬噸 /年 公司名稱 生產能力 建設地點 投產日期 日本財團（三菱瓦斯化學、日揮、三菱重工） ～ 澳大利亞（間接一步法） 2020 年 日本東洋工程公司 250 中東（二步法） 2020～ 2020 某公司在伊朗建設 80 伊朗 Zagros 2020 年規(guī)劃 日本鋼管公司等 8 家 170 西澳大利亞（ NG 一步法） 2020 年開始規(guī)劃 日本三菱瓦斯化學（ MGC） 150 澳大利亞 道達爾菲納埃爾夫公司和日本 8 家公司合作 80 小計 ～ 世界 2020 年已有能力 2020 年合計能力 ～ 國外市場預測 目前，世界上二甲醚的總生產能力約為 700 萬噸 /年，主要生產廠家有杜邦公司，德國聯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。隨著人們環(huán)保意識的增強，二甲醚在氣溶膠推進劑方面的用量逐年增加， 1990 年歐洲生產的 噸二甲醚，其中約有 萬噸用于氣溶膠工業(yè)，其它用作中間體。 當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。去年印度石油公司、煤氣權力公司和石油研究院已經與阿莫科印度開發(fā) 公司簽署了開發(fā)和銷售二甲醚作為多用途燃料的協議，使二甲醚商業(yè)化并提供技術，目前正著手可行性研究。最近日本有人撰文探討二甲醚作為清潔燃料替代柴油，對二甲醚的價格和燃料的性能跟柴油和汽油作比較，認為直接合成二甲醚法在今后的實際應用中沒有問題，且成本方面具有較大競爭力。 從二甲醚及柴油的消耗結果表明， 按能耗計，低功率下，二甲醚消耗高于柴油，但在較高功率時， 7 二者是相近的。且在某種程度上可以提高汽油