年产10万吨二甲醚工艺设计【文献综述】.doc

1、毕业设计文献综述 化学工程与工艺 年产 10万吨二甲醚工艺设计 一、前言 近几年来 ， 随着二甲醚 （ DME） 建设热潮的兴起 ，在 我国二甲醚工艺技术有了进一步发展 ，也达到国际先进水平 。 从技术上来讲 ， 国外二甲醚技术并没有明显优势 。在 我国早期的二甲醚工业生产都采用甲醇经硫酸脱水制成 。 因为该方法腐蚀严重 ， 环境污染大而被逐渐淘汰 。现国内制取二甲醚主要采用甲醇气相催化脱水工艺 ， 又称为两步法 。 这种生产工艺腐蚀小 ，无污染 ， 但要先获得甲醇 ， 而后才能制得二甲醚 ， 所以此法生产二甲醚投资大 、 能耗高 、 成本高 ， 产品价格直接受甲醇市场影响 ， 抗 风险能力差

2、 。 一步法制二甲醚工艺是由气体直接通过催化剂床层合成 ， 是一氧化碳与氢通过双效催化反应而制得 。 一步法与两步法相比 ， 虽具有明显的经济效益 ， 由于该工艺反应中会发生类似于合成氨厂的变换反应 ， 产生二氧化碳 ，不仅需要增加脱碳设备的投资 ， 而且增加了原料消耗 ， 成本较高 。 现有的二甲醚技术虽然已取得成功 ， 不过仍不完善 。 目前二甲醚的生产方法有一步法和二步法 。 从理论上说 ， 一步法与甲醇脱水二步法相比 ， 具有工艺过程简短 、 合成气转化率高等优点 ， 但催化剂寿命较短 ，设备复杂 ， 产物分离难度大 ， 能耗高 ， 还不够成熟 ， 国内外尚无规模较大 的生产装置 。

3、目前国内外公布的大型二甲醚建设项目绝大多数采用二步法工艺技术 ， 说明该法有较强的综合竞争力 。 (文献 126) 通过两步法是先合成甲醇 ， 然后甲醇在催化剂作用下脱水生产二甲醚 ， 又可分为液相法和气相法 。 液相法早期采用浓硫酸为脱水剂 ， 反应温度较低 （ 130160 ）， 甲醇单程转化率高 ， 可达 80%以上 。 但对设备腐蚀性极强 ， 中间产物硫酸氰甲酯剧毒 ， 排放存在稀酸污染 。国内新上装置已改用硫磷混合酸催化剂 ， 情况有所改善 。 气相法是在氧化铝或分子筛催化剂的作用下 ， 使甲醇在气固相催化反应器中脱水生成二甲醚 。 甲 醇转化率在 75%85%， 二甲醚选择性大于

4、99%， 工艺成熟简单 ， 对设备材质无特殊要求 ， 基本上无三废及腐蚀问题 ， 装置易于大型化 ， 是目前国内外生产二甲醚的主要方法 。在 国内外均已成功研究出成熟的两步法二甲醚生产技术并工业化 。 国际上以德国鲁奇公司的技术具有代表性 ， 目前单套装置规模已达到 100万吨 /年以上 。 国内技术以西南化工研究院的自主开发技术为代表 。 (文献 4) 目前在我国虽然已掌握二甲醚生产技术 ， 并建成多套生产装置 ， 但当前在我国建立以二甲醚为中心的能源系统 ， 所面临的最大挑战仍是开发高效 、 低耗 、 环保的二甲醚 生产技术 。 西南化工研究院从 1985 年开始进行两步法合成二甲醚的技术

5、研究 。 1991 年 ， 该院 100 吨 /年甲醇气相脱水制二甲醚中试研究项目被原国家科委列为 八五 攻关项目 ， 该项目 1997 年通过原国家科委组织的验收 。 从 1994 年采用该技术建成第一套 1 万吨 /年工业化装置投产 ，到 2006 年 6 月 ， 该技术在国内已转让 20 余套 。 目前 ， 该技术经不断完善已达到国际先进水平 ， 主要特点有 ： 一是反应器采用多段激冷式固定床 （ 专利技术 ）。 既避免了绝热式固定床反应器温升太高造成副反应增加 、 甲醇单程转化率偏低的缺点 ， 又克 服了换热式固定床和等温管式固定床反应器尺寸大 、 催化剂装填容量小的不足 。 二是新型

6、的汽化塔和分离工艺 ， 不设置用于回收未反应甲醇的提浓塔 （ 专利技术 ）。 简化了流程 、 减少了投资 ， 每吨二甲醚产品蒸汽消耗比国外同类技术可减少 0.5 吨以上 。 三是以二甲醚精馏塔塔釜排出的甲醇水溶液做反应尾气洗涤塔的吸收剂 ， 减少了外排尾气中的甲醇含量 ， 降低了甲醇消耗 。（文献1214） 二甲醚技术进步的关键在于生产工艺和关键设备的优化设计上 ， 最重要的是高效催化剂的研发和合成反应器优化设计两个环节 。 好的催化剂选择性高 ， 从而产品收率也 高 ， 反应器对产品收率的影响也很大 。 因此 ， 研发单位都是将催化剂和反应器技术进行打包推广 。 清华大学的二甲醚技术在这些方

7、面具有优势 。 清华大学开发的二甲醚技术采用自己研发的专用高效固体酸催化剂和等温反应器 ， 催化反应操作温度不超过 300 ， 合成过程基本不产生副产物 ， 因此 ， 原料消耗基本上能够达到化学计量上的理论值 ， 即 1.39 吨甲醇就能够生产1 吨二甲醚 ， 产品除了二甲醚就是水。 传统的液相法二甲醚技术是用浓硫酸作催化剂 ， 存在环境污染严重 、 设备腐蚀和生产成本高等缺点 ， 目前已逐渐被其他技术所替代 。 山东久泰化工科技股份 有限公司对传统液相法二甲醚工艺所使用的催化剂进行了改进 ， 开发出独具特色的新型液相法二甲醚技术 ， 并于2001 年 9 月率先建成了当时国内最大的 5000

8、 吨 /年二甲醚生产装置 。 目前该公司已形成了 3 万吨 /年燃料二甲醚的生产能力 。 近年来 ， 该公司一直致力于在国内推广其液相法二甲醚技术 。（文献 3） 催化剂作为二甲醚生产工艺的关键技术正在不断获得突破 。 国内甲醇气相法制二甲醚技术的领军单位 西南化工研究设计院 ， 继攻克二甲醚催化剂关键技术后 ， 正在配合二甲醚装置大型化的发展趋势 ， 攻关二甲醚大型化催化剂技术 ， 并已 取得突破性进展 ， 生产工艺已确定 。 西南化工研究设计院自行研制生产的 CNM-3 甲醇脱水催化剂 ， 具有生产成本低 ，工艺过程较易控制 ， 产品质量稳定的特点 ， 居国内外先进水平 。 截至 2008

9、 年 5 月 ， 该催化剂已成功应用于国内 40余套二甲醚工业生产装置 ， 年生产规模近 150 万吨 。 使用该产品可生产纯度为 99.99%的二甲醚产品 ， 甲醇单程转化率 80%， 二甲醚选择性 99%， 催化剂寿命可达3 年 ， 其他各项运行经济指标均达国际先进水平 。 为适应二甲醚装置大型化发展趋势 ， 西南化工研究设计院于 2006 年底承担了科技部 “ 十一五 ” 国家 重点科技支撑项目 “ 二甲醚大型化催化剂研究 ” 分项目 。 在 CNM-3 型二甲醚催化剂生产工艺的基础上 ， 他们对该催化剂进行改性研究 ， 目前已经取得突破性进展 。 改性后的催化剂已成功应用于年产 20

10、万吨二甲醚生产装置 ， 即目前国内单套产能最大规模装置之一 。 该催化剂活性和热稳定性好 ， 可满足目前国内最大规模二甲醚装置生产要求 。 运行结果表明 ， 甲醇转化率 80%， 二甲醚选择性 99.5%， 甲醇单耗 1.402 吨 /吨 （ 折纯 ）； 蒸汽消耗 1.08 吨 /吨 。 随着二甲醚需求量不断扩大 ， 更大规模二甲醚生产装置将进一步涌现 。 目前已经在建的二 甲醚装置规模已经达 40 万吨 年 ， 意向项目规模更是达到了 100 万吨 年 ， 因此 ， 大型化二甲醚催化剂的研究有待继续 。 目前 ， 西南化工研究设计院正在进一步研制综合性能更加优良 、 适合更大型装置使用的二甲

11、醚催化剂 。 目前工业中试装置采用构件流化床反应器 ， 同时配套专用气相甲醇脱水催化剂 。 先进的反应器设计与高效催化剂的完美结合 ， 不仅大幅度提高了二甲醚合成过程的催化反应效率 ， 还提高了二甲醚合成反应器的控温能力 。 流化床二甲醚合成反应器的操作压力为0.81.0MPa， 操作温度为 270 290 ， 反应器轴向床层温 差小于 10 。 由于流化床反应器具有优良的控温性能并采用微米级颗粒催化剂 ， 使二甲醚合成过程的单程转化率和选择性与固定床相比得到大幅度提高 。 在催化剂装填量减少一半的条件下 ， 催化合成反应的单程转化率仍可达到 85%以上 ， 反应选择性则接近百分之百 。 新技

12、术具有反应设备结构简单 、 投资省 、 操作稳定 、 运行成本低 、 催化剂装填量小且装卸容易 、 易于大型化等优点 。 (文献91015) 二、主题 本设计 采用 气相法制备二甲醚 ，是 将甲醇加热蒸发，甲醇蒸气通过 -AL2O3 催化剂床层 ,气相甲醇脱水制得二甲醚。气相法的工艺过 程主要由甲醇加热、蒸发、甲醇脱水、二甲醚冷凝及精馏等组成。主要完成 以下 工作： 1） 设备各 塔的塔高、塔径、塔板布置等的设计； 2）所需换热器、 冷凝器 的计算及选型； 三、结论 本设计为年产 10 万吨二甲醚的主要装置设计，在设计说明书中，简单介绍了二甲醚的性能、主要用途、生产现状和发展趋势，本设计结合了

13、浙江华辰能源有限公司的生产现状，确定以甲醇脱水法作为本设计的工艺生产方法。在设计过程中，根据设计任务书的要求，通过物料衡算和热量衡算，以确定设备工艺参数和消耗工艺指标。绘制了相应的设计图纸，设计图纸包括工艺流程图 、主要设备图的装配图。 四、参考文献 1 杨立新 ,徐红燕 .二甲醚生产技术及应用前景 ,化工进展 2003,22(2):204-206. 2 李环玉 .新型清洁能源二甲醚的开发和应用 J.精细与专用化学品 ,2006,14(10):23-25. 3 慈志敏 ,储伟 ,戴晓雁 ,等 .气相催化法甲醇脱水合成二甲醚的工艺和催化剂研究 J.四川大学学报 (工程科学版 ),2004,36(

14、1):28-31. 4 郭秀兰 ,黄鹤 ,周强 ,等 .合成气液相 两 步法制备二甲醚 J.化工技术与开发 ,2003,32(4):16-19. 5 娄伦武 ,王波 .二甲醚合成工艺技术现状 J.贵州化工 ,2006,31(4):9-11. 6 赵骧 ,佟睿芳 .国内外二甲醚市场现状与发展前景 J.化肥工业 ,2005,32(4):10-18. 7 白雪松 .二甲醚技术进展及发展前景 J.化工技术经济 ,2004,22(2):12-21. 8 王铁军 ,常杰 ,祝京旭 .生物质合成燃料二甲醚的技术 J.化工进展 ,2003,22(11):1156-1159. 9 陈莹 ,刘超锋 ,梁基照 ,等

15、 .年产 1 万吨二甲醚固定床反应器设计 J.广州化工 ,2008,6):77-78. 10 张海涛 .张欣荣 .房鼎业 .合成气一步法 5000t/a 二甲醚管式反应器设计 J.化学工业与工程技术 , 2003, 24(2): 41-44. 11 王则臻 ,何锡凤 ,王丽艳 .二甲醚的生产方法及应用 J.化工纵横 .2002(5):7-8. 12 永庆 .二甲醚的生产现状及发展前景 .小氮肥设计技术 .2003,24(l):53-54. 13 张丽华 ,韩雪冬 ,李钟模 .我国开发煤制醇醚能源综述 J.中国煤田地质 .2003,15(2):14-15. 14 朱赛芬 , 程 小红 , 严招春

16、 . 二甲醚生产技术进展及其市场情况分析 J. 应用化工 .2001,30(3):7-9. 15 张正国 .二甲醚 (DME)生产技术及传统工艺优化改造 J.气雾剂通讯 .2002(3):1. 16 杨立新 ,徐红燕 .二甲醚生产技术及应用前景 J.化工进展 .2003,22(2):204-206. 17 费金华 ,王一兆 .二甲醚的生产工艺及其特点 J.小氮肥设计技术 .2003,24(1):57 -59. 18 方德巍 ,怀德才 .新型洁净燃料二甲醚发展前景广阔 19 逄进马亮 .二甲醚的制造及 其燃烧应用 J.煤气与热力 ,2002,22(3):235-238. 20 广宏 .二甲醚作为城市燃气的可行性分析 J.煤气与热力 ,2006,26(3):17-18.