年产20万吨二甲醚项目设计说明书毕业论文Word文档格式.docx

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一、塔板设计 35

二、塔板的校核 38

三、塔板负荷性能图 40

四、塔板设计结果 42

五、壁厚计算 43

六、载荷计算 44

第五章换热器计算说明书 46

一、概述 46

二、管壳式换热器工艺条件的选择 48

三、换热器的选型 49

第六章其他设备选型 64

一、储罐的计算选型 64

二、回流罐的设计选型 64

三、泵的计算选型 66

四、压缩机选型 71

第31页

五、膨胀机选型 73

附录合成工序设备一览表 75

附录精馏工序设备一览表 76

第七章物料衡算 77

一、原料及产品规格 77

二、技术分析 77

三、初步物料衡算 78

四、流程模拟与优化 79

五、附图 85

第八章能量衡算计算书 87

一、热量横算 87

二、功率计算 92

第九章节能说明 96

一、压缩机和膨胀机的联动 96

二、余热锅炉的设置 96

三、氨吸收式制冷系统 98

附录氨吸收制冷工艺简要介绍 98

第一章 工艺方案的选择及论证

一、概述

二甲醚作为一种重要的清洁能源和环保产品，可作为柴油的理想替代燃料，还可作为民用燃料，具有广阔的应用前景。

目前，工业上生产二甲醚的工艺有很多种。

按原料的种类可分为甲醇法和合成气法。

其中甲醇法又分为甲醇液相法和甲醇气相法，合成气法又分为两步法和一步法。

每个工艺都有其自身的优缺点,具体各工艺的特点将在下面的内容中具体阐述。

本小组对很多影响因素进行分析之后，最终决定采用合成气一步法制二甲醚的工艺，并引进浆态床技术。

下文将具体阐述工艺的优缺点，选择标准等；

同时将给出该工艺的相关参数和软件模拟论证。

二、工艺选择

1、主要的生产工艺介绍

① 甲醇液相脱水法

甲醇液相脱水法是加热的硫酸与甲醇的混合使甲醇脱水而生成二甲醚，其反应过程为甲醇在硫酸存在下通过生成硫酸氢甲酯，再生成二甲醚，其反应式如下：

H2SO4＋CH3OH→CH3HSO4＋H2OCH3HSO4＋CH3OH→CH3OCH3＋H2SO4

该法反应温度低，转化率较高，但由于硫酸对设备材质的腐蚀性大，残液与废水量大，残液处理方法不配套，环境污染严重。

② 甲醇气相法

甲醇气相法是将甲醇汽化后，甲醇以蒸气的形式通过分子筛或氧化铝固体酸催化剂，（由γ-Al2O3/SiO2制成的ZSM-5分子筛），在催化剂的作用下使得甲醇脱水生成二甲醚。

其反应方程式如下：

2CH3OH→CH3OCH3＋H2O

国内外的大多数二甲醚厂使用该法。

甲醇气相脱水制二甲醚是目前工业上最为成熟的工艺路线，具有原料来源广泛；

流程短；

操作条件温和；

无设备腐蚀；

“三废”排放低；

甲醇转化率、选择性高；

能耗低；

产品质量高。

③合成气一步法

合成气一步法合成二甲醚是将合成气通过既有合成甲醇功能又有脱水功能的双功能催化剂，在催化剂的协同作用下合成二甲醚。

其反应式如下：

CO＋2H2→CH3OH2CH3OH→CH3OCH3＋H2O

副反应：

CO＋H2O→CO2＋H2

一步法具有流程短、设备效率高、操作压力低和CO单程转化率高等特点，合成二甲醚的生产成本较两步法大幅度降低。

因此，一步法经济上更加合理，市场上更具竞争力，总体上来说更具技术优势。

④合成气两步法

合成气两步法是将合成气先进行反应制取甲醇,分离提纯出的甲醇再脱水生成二甲醚。

反应式同一步法。

二步法的转化率虽然不如一步法高，但是它具有生产工艺成熟，装置适应性广，后处理简单等特点，既可直接建在甲醇生产厂，也可建在其它公用设施好的非甲醇生产厂。

工艺比较成熟,可以依托老企业建设新装置,也可单独建厂生产。

但该法要经过甲醇合成、甲醇精馏、甲醇脱水和二甲醚精馏等工艺,流程较长,因而设备投资大,产品成本较高。

⑤ 其它工艺

阳离子型液体催化反应法是近几年成功开发的一项专利技术，它采用“液—液—气”工艺路线，甲醇分子与催化剂分子接触充分，因而转化率高，二甲醚气体极易脱离液相，而且投资少，能耗低，收率高，成本低，具有较强的市场竞争力。

但目前催化剂的稳定性和催化剂的使用寿命限制该工艺的大规模工业化。

CO2加氢直接合成DME工艺是近年来的研究热点之一，作为合成DME的一种新路径正处于探索阶段，即目前该工艺仍处于技术试验阶段。

2、国内外工艺技术概况

目前工业上主流的制二甲醚工艺还是甲醇气相法和甲醇液相法.合成气一步法正逐渐成为热点,被很多世界知名的化工企业采用,如一步法中气相法（固定床）主要技术工艺有丹麦托普索公司的TIGAS法和日本三菱重工业公司与COSMO石油公司联合开发的ASMTG法。

而中国清华大学、美国空气化学品公司和日本的NKK公司均正在致力于开发用浆态反应器由合成气一步法合成二甲醚的产业化技术，并且于上世纪末本世纪初分别进行了中试，为大规模的二甲醚生产奠定了基础。

以下表格列举了国内外的一些生产厂家所用DME生产工艺。

表1 2006年世界二甲醚的主要生产厂家

UEA

6.5

二步气相脱水

联合莱茵褐煤燃料公司

6.0

UnitedRhineLigniteFuel

3.0

荷兰

AKZO

澳大利亚

悉尼溶剂公司CSR

1.0

DEA（德国）技术

Sumitomo（住友精细化学）

日

Mitsuitoatsu（三井东亚）

0.5

本

KangSheng（日本）

1.8

NKK（日本制铁）

印尼

PT气体工业公司

0.3

中国台湾

康盛公司

（日本制铁）二步气相脱水

合计

29.4

美

国

厂家各称

Dupont

Allidesignal（联合讯号公司）

生产能力

工艺技术

甲醇二步气相脱水

德

现阶段液相一步法工业化也已经实现,下图是美.国空气公司的生产工艺流

AirProducts液相一步法浆态床工艺流程

1—DME浆相反应器；

2—集油罐；

3—分离塔；

4—DME分馏塔；

5—甲醇分馏塔；

6—甲醇洗涤塔

3、工艺比较及确定

A一步法与两步法比较

优势：

在甲醇脱水反应生成二甲醚的同时，反应生成的水和一氧化碳反应生成二氧化碳

而被消耗掉了，促进了反应向生成二甲醚的方向进行，克服了合甲醇反应转化率低的弱点，提高了转化率；

以甲醇为原料的两步法中，合成气甲醇的分离及原料甲醇气化均需要一定的能耗，而一步法工艺，合成甲醇反应和甲醇脱水反应在一个反应器中完成，省去了上述能耗过程；

流程缩短了很多，设备投资减少。

缺点：

原料的利用率低，反应条件要求较高，产物分离比较难等。

在一步法中，由于三个反应必须同时发生，且三个反应均为放热反应，这就要求所用的催化剂有很好的耐热性，在高温下具有高选择性。

一步法生产的二甲醚一般用作醇醚燃料，若想生产高纯度，还需进一步分离提纯。

B甲醇气相法与甲醇液相法的比较

甲醇气相法是目前应用最广泛、最为成熟的工艺。

相比之下液相法由于其残液与废水量大、污染严重几乎被淘汰。

C合成气一步法法和甲醇气相法的比较

甲醇气相法：

产品成本较高流程较长、一般在千吨级、不适于生产燃料级、以此法生产的二甲醚做燃料，在现有的液化天然气和柴油市场价格下，还不具有竞争力

合成气一步法：

避免了多步合成法受平衡条件的影响,从而提高单程转化率。

能解决以煤为原料制二甲醚生产过程中CO2的利用问题；

但满足大型化二甲醚生产用的反应器、相关催化剂的发与生产、二甲醚的分离与提纯、加速DME作为化学中间体的应用发，如DME和SO3制高纯硫酸二甲酯，与CO反应羰基合成乙酸甲酯、醋酐等是其亟待解决的问题。

D同众多的工艺比较,合成气一步法制二甲醚有以下优势:

（1）从工艺流程来说，省去了两步法繁琐的甲醇分离工序和甲醇气化工序，缩短了工艺流程，节约工艺能耗，降低了生产成本。

（2）从原料上来说，其他工艺初两步法外，均采用甲醇作为直接原材料，生产二甲醚，一定程度上分担了合成气制取甲醇的成本消耗；

而合成气一步法，直接从合成气入手，降低了二甲醚产品直接受甲醇市场的价格波动影响，同时我国是产煤大国，煤基合成气容易获得，且供应量充足，可以支持二甲醚的大规模生产，成本更加低廉。

（3）从未来发展趋势来说，虽然目前甲醇气相法工艺成熟，占据着二甲醚生产的主导地位，但是与一步法相比，仍有着流程长，成本高，生产能力低等问题，一步法虽然也有许多问题需要继续突破，但从长远的角度考虑，在化工工艺的发展中，新的工艺在其逐步完善的过程中，必以其优势取代老工艺，逐渐发展成熟，因此从未来发展角度来说，一步法是未来二甲醚工艺发展的必然趋势。

通过国内外工艺技术的必较既总结，本工艺采用一步法制二甲醚工艺。

合成气一步法制取DME，其工艺过程应具有以下步骤：

（合成气一步法制DME流程设计及模拟计算）

1）在催化剂存在下,合成气在一定工艺条件下反应,一步合成DME，因此应有与反应工艺条件相适应的化学反应器；

2）生成的反应气在一定工艺条件下用吸收剂吸收下来，使产物与未反应的气体分离，因此流程中应有吸收设备

3）将吸收液进行精制分离，以得到纯度合乎要求的DME产品。

故流程中应有精馏

设备，以脱除吸收液中的吸收剂。

l原料选择

原料路线的选择有如下原则：

1、原料来源的可靠性。

化工生产过程大部分是连续的生产过程，原料数量及质量的稳定可靠地供应是进行正常生产的基本条件。

2、尽可能选择当地或附近的原料。

3、经济性。

原料路线影响到拟建厂的技术方案、厂址、环境保护等多个方面，从而对项目的投资、成本、利润产生影响。

4、资源利用的合理性。

这种合理性是从国民经济角度来考察的，因为国家的资源有限，要用有限的资源来获得好的经济效果。

对于化工项目来说，不同的原料路线要求不同的工艺流程，不同的化工设备，不同的操作条件，不同的产品精制要求，不同的自控要求和不同的安全要求，不同的三废处理要求以及对项目的投资]成本]利润等产生决定性的影响。

根据上述原则,考虑到甲醇的价格比较高,而合成气的价位相对较低,并且其来源比较稳定,制气厂的供应是连续稳定的.合成气制二甲醚的反应转化率比较高,纯度适宜作为燃料.从经济角度来讲,制气厂的合成气距离工厂的生产车间距离很近,物流传输费用极大降低了,而且从国民经济角度来考察,这是对有限的资源来获得好的经济效果.综合考虑,利用制气厂的合成气生产二甲醚能保证原料的连续稳定供应,就近供应,选择合成气为生产二甲醚的原料.

l生产工艺选择

由原料的选择可以确定我们的生产工艺只能在合成气一步法和两步法之间选择.通过上

述工艺比较我们可以知道,目前两步法原料的利用率低,反应条件要求较高,产物分离比较难,而且反应流程长.无论从经济、原料、工艺操作，一步法都更适合。

因此，我们选择合成气一步法的生产工艺生产二甲醚。

一步法制二甲醚按合成工艺可分为2种,一是气固相法,