-10万吨年二甲醚精馏分离装置的设计报告

前言

二甲醚(简称DME)习惯上简称甲醚，为最简单的脂肪醚，分子式C

2H

6

O，是乙醇的

同分异构体，结构式CH

3—O—CH

3

，分子量46.07，是一种无色、无毒、无致癌性、腐

蚀性小的产品。DME因其良好的理化性质而被广泛地应用于化工、日化、医药和制冷

等行业, 近几年更因其燃烧效果好和污染少而被称为“清洁燃料”, 引起广泛关注。DME的用途可分如下几种[1]：

1．替代氯氟烃作气雾剂

随着世界各国的环保意识日益增强,以前作为气溶工业中气雾剂的氯氟烃正逐步被其他无害物质所代替。

2．用作制冷剂和发泡剂

由于DME的沸点较低,汽化热大,汽化效果好,其冷凝和蒸发特性接近氟氯烃,因此DME作制冷剂非常有前途。国内外正在积极开发它在冰箱、空调、食品保鲜剂等方面的应用,以替代氟里昂。关于DME作发泡剂,国外已相继开发出利用DME作聚苯乙烯、聚氨基甲酸乙酯、热塑聚酯泡沫的发泡剂。发泡后的产品,孔的大小均匀,柔韧性、耐压性、抗裂性等性能都有所增强。

3． DME用作燃料

由于DME具有液化石油气相似的蒸气压,在低压下DME 变为液体,在常温、常压下为气态,易燃、毒性很低,并且DME的十六烷值(约55)高，作为液化石油气和柴油汽车燃料的代用品条件已经成熟。由于它是一种优良的清洁能源,已日益受到国内外的广泛重视。在未来十年里,DME作为燃料的应用将有难以估量的潜在市场,其应用前景十分乐观。可广泛用于民用清洁燃料、汽车发动机燃料、醇醚燃料。

4． DME用作化工原料

DME作为一种重要的化工原料,可合成多种化学品及参与多种化学反应:与SO

3

反应可制得硫酸二甲酯；与HCL反应可合成烷基卤化物；与苯胺反应可合成N,N - 二甲基苯胺；与CO反应可羰基合成乙酸甲酯、醋酐,水解后生成乙酸；与合成气在催化剂

存在下反应生成乙酸乙烯；氧化羰化制碳酸二甲酯；与H

2

S反应制备二甲基硫醚。此外,利用DME还可以合成低烯烃、甲醛和有机硅化合物。

目前，全球二甲醚总生产能力约为21万t/a，产量16万t/a左右，表1-1为世界二甲醚主要生产厂家及产量。我国二甲醚总生产能力约为1.2万t/a，产量约为0.8万t/a，

表1-2为我国二甲醚主要生产厂家及产量。

据市场调查国内二甲醚需求量远远超过供给量，目前国内仅气雾剂一项需求量达到1.5~1.8万吨/年，而高纯度的二甲醚还依赖进口。表1-3为2005年和2010年我国对二甲醚的市场需求预测，可见，二甲醚市场应用前景广阔，因此对二甲醚的生产工艺进行研究很有必要。

表1-1 世界二甲醚主要生产厂家及产量[2]

表1-2我国二甲醚主要生产厂家和产量[2]

表1-3我国对二甲醚的市场需求预测[3]

第1章工艺说明及设计

第1.1节设计依据

本项目基于教科书上的教学案例，通过研读大量的关于DME性质、用途、生产技术及市场情况分析的文献，对生产DME的工艺过程进行设计的。

第1.2节技术来源

目前合成DME有以下几种方法：（1）液相甲醇脱水法（2）气相甲醇脱水法（3）合成气一步法（4）CO2 加氢直接合成。（5）催化蒸馏法。其中前二种方法比较成熟，后三种方法正处于研究和工业放大阶段。本设计采用气相甲醇脱水法。下面对这几种方法作以介绍。

1.2.1 液相甲醇脱水法制DME

甲醇脱水制DME 最早采用硫酸作催化剂,反应在液相中进行,因此叫做液相甲醇脱水法, 也称硫酸法工艺。该工艺生产纯度99.6%的DME 产品,用于一些对DME 纯度要求不高的场合。其工艺具有反应条件温和(130～160)℃、甲醇单程转化率高( >85%) 、可间歇也可连续生产等特点, 但是存在设备腐蚀、环境污染严重、产品后处理困难等问题, 国外已基本废除此法。中国仍有个别厂家使用该工艺生产DME , 并在使用过程中对工艺有所改进。

1.2.2 气相甲醇脱水法制DME

气相甲醇脱水法是甲醇蒸气通过分子筛催化剂催化脱水制得DME。该工艺特点是操作简单, 自动化程度较高, 少量废水废气排放, 排放物低于国家规定的排放标准。该技术生产DME 采用固体催化剂催化剂, 反应温度200℃,甲醇转化率达到75%～85%,DME 选择性大于98%, 产品DME 质量分数≥99.9 % ,甲醇制二甲醚的工艺生产过程包括甲醇加热、蒸发，甲醇脱水，甲醚冷却、冷凝及粗醚精馏，该法是目前国内外主要的生产方法。

1.2.3 合成气一步法生产DME

合成气法制DME是在合成甲醇技术的基础上发展起来的, 由合成气经浆态床反应器一步合成DME , 采用具有甲醇合成和甲醇脱水组分的双功能催化剂。因此, 甲醇合成催化剂和甲醇脱水催化剂的比例对DME生成速度和选择性有很大的影响, 是其研究重点。其过程的主要反应为:

甲醇合成反应

CO + 2H2 ＝CH3OH + 9014 kJ / mol (1)

水煤气变换反应

CO + H2O=CO2 + H2 + 4019 kJ / mol(2)

甲醇脱水反应

2CH3OH =CH3OCH3 + H2O + 2314 kJ / mol (3) 在该反应体系中, 由于甲醇合成反应和脱水反应同时进行, 使得甲醇一经生成即被转化为DME，从而打破了甲醇合成反应的热力学平衡限制, 使CO 转化率比两步反应过程中单独甲醇合成反应有显著提高。

由合成气直接合成DME , 与甲醇气相脱水法相比, 具有流程短、投资省、能耗低等优点, 而且可获得较高的单程转化率。合成气法现多采用浆态床反应器, 其结构简单, 便于移出反应热, 易实现恒温操作。它可直接利用CO含量高的煤基合成气, 还可在线卸载催化剂。因此, 浆态床合成气法制DME 具有诱人的前景, 将是煤炭洁净利用的重要途径之一。合成气法所用的合成气可由煤、重油、渣油气化及天然气转化制得, 原料经济易得, 因而该工艺可用于化肥和甲醇装置适当改造后生产DME，易形成