甲醇脱水生成二甲醚过程的初步设计

分离系统
从反应器中出来的气体含有二甲醚、未 反应的甲醇、水等物质，它们都是以气体 形式存在。在进入分离塔之前，要将气体 冷却成液体或者气液两相共存。三组分的 混合体系，采用两个精馏塔，即一个二甲 醚塔和一个甲醇塔来将三种物质分离。
(一)塔序排定法则
表1排定塔序的通用推理法则
1.尽快脱出腐蚀性组分
反应器的改进
• 目前工业上采用的反应器是绝热固定床反应器。它的缺 点是催化床下部温度高，催化剂易衰老，影响寿命；同时 反应热也未得到充分利用。 • 我们采用的反应器是单管逆流催化反应器
特点：充分利用反应热预 热原料；冷热气逆向流动 换热，床层温度平坦，延 长催化剂寿命。
图 2 单管逆流型二甲醚反应器 催化床示意图
(四)甲醇分离塔
根据 Aspenplus 的模拟结果，塔采 用严格计算有： 回馏比R=1.91608 塔板数N=25 进料塔板位置 19 冷凝器热负荷Q冷凝器=229748watt 再沸器热负荷Q再沸器= 230070watt
1 3
工艺流程图
12 9 R1 M1 1 6 P1 H1 3
4
Βιβλιοθήκη Baidu
5
T1 T2 C2 14 V2 15
二、市场调查
预计 2001 年，国内对二甲醚的需求突破 2 万吨，但国内的生产总量尚且不足 1 万 吨(其中主要两家是中山精细化工厂 2500t/a，威远天然气化工厂 2000t/a)，因此加快对 二甲醚的生产研究势在必行。
二、生产方法
将甲醇蒸汽通过固体催化剂，气 相脱水生成二甲醚。工艺过程包括甲 醇加热、 蒸发， 甲醇脱水， 甲醚冷却、 冷凝及粗醚精馏，是目前国内外主要 的生产方法。 反应方程式如下： 2CH3OH → (CH3)2O + H2O
三、流程示意图：
未反应甲醇
原料甲醇
预热
反应器
分离器
二甲醚 废水
大概流程
图 1 甲醇气相脱水生产二甲醚流程图 1－精馏塔 ; 2—汽提塔 ; 3—反应器4—甲醇泵 ; 5—洗涤塔 ; 6—冷凝器 ;7, 8— 热交换
四、设计改进点：
本文是在前几届同学工作的基 础上对二甲醚的生产过程进行 了局部的改进，主要是反应器 的选择上，同时进行了塔的计 算和部分的物料与热能计算。
甲醇气相脱水生成二甲醚的过程设计 的改进
化工学院 穆筱梅
柯跃虎
一、项目背景
一、二甲醚的应用
气雾剂 致冷剂 民用燃料 特殊燃料 化工原料 其用量占产量 80%左右,广泛应用于气溶胶工业、日用化学品工业。 鉴于其理化性质与二氟二氯甲烷极为相近，且环保性能优良，无毒， 成为氟氯烃类的理想替代品，可应用于冰箱、空调、食品保鲜等方面。 其易压缩为液体,性能与液化石油气相似,燃烧值较高,可以替代煤气、 石油液化气。 二甲醚以其高十六烷值、燃烧无残液、污染小等特性,是理想的汽车 替代燃料,开发前景看好。 可以制备硫酸二甲酯；羰基化制醋酐、醋酸甲酯、乙酸；脱水制乙烯； 可作为甲基化试剂用于制药、农药与染料的合成等。
H2 7
8 C1
10
V1
M1 混合器 T1 二甲醚分离塔
P1 增压泵 V1 降压阀
H1 加热汽化器 T2 甲醇回收塔
H2 换热器 C2冷却器
R1反应器 V2 降压阀
C1冷却器
谢谢 请提意见和建议
表2排定塔序的推理法则
1.流量最大的优先 2.最轻的优先
2.尽快脱出反应性组分或 单体 3.以馏出物移出产品
3.高收率的分离最后
4.分离困难的最后
5.等摩尔的分割优先
. 4.以馏出物移出循环
物流，如果是循环送回填 料床反应器，尤其要这样 6.下一个分离应该是最便 宜的
(二)塔序的确定
• 在根据上述推理法则，三组分中二甲醚的流量 最大，而且也最轻，所以本设计中塔的分离顺 序如下图所示：
1
1
2
1－二甲醚塔
2－甲醇塔
(三)二甲醚分离塔
二甲醚在常压下的沸点相当低（-240C），如果在常压 下进行精馏，则塔顶冷凝器处大量低温冷却介质，必须 要增加制冷设备，显然不可取。只有在加压条件下进行 精馏，在一定的压力下，可以用常温下的水把精馏塔馏 出物冷凝下来。经Aspenplus模拟，在压力为8atm下加 压精馏，有较好的效果。 塔的主体设计 根据Aspenplus的模拟结果，塔采用严格计算有： 回馏比R=0.54438 塔板数N=23 进料塔板位置 20 冷凝器热负荷Q冷凝器=138643.watt 再沸器热负荷Q再沸器=25387.5 watt
两种反应器的模拟计算对比
• 根据反应的限制条件，当温度在 360—3400C 之间时，主反应不 仅有接近1的选择性，而且反应速率也较高。如果采用绝热反应 器，通常进口温度选定为2500C，而根据ASPEN软件的模拟计算， 反应器出口温度达到了3700C。高温会给设备和系统的安全性带 来严重的危胁，同时也会使副反应增加，造成后序工段分离的 负荷加大。另一方面，温度过高，催化剂易衰老，从而影响了 使用寿命，增加了催化剂的使用量。 • 我们所提出的单管逆流型反应器，由于其装置特点，进口物料 可以充分利用反应所产生热量来进行自身升温。这样一方面可 以降低进料的入口温度，同时也可使反应器后期温度远比绝热 反应器低，从而延长了催化剂的寿命。根据模拟计算，在出口 温度设定为3400C，进料的温度只要1800C就可以了。