2万吨年二甲醚生产装置工艺设计毕业设计(编辑修改稿)

2万吨年二甲醚生产装置工艺设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

二甲醚 (DME) 和碳酸二甲酯 ( DMC) 倍受关注。 二甲醚是符合当今环保要求的重要绿色工业产品 ,它的主要用途为 : 清洁燃料 、气雾剂、致冷剂、发泡剂、有机合成原料等。 特别是作为柴油掺烧剂和替代民用燃料液化石油气后 , 其呼声与日俱增。 制取二甲醚的工艺正从精细化工转化为基础化工。 国内合成二甲醚的研究工作正在紧张进行 : 千吨级和万吨级的生产装置已在多处建设 ,十万吨级的生产装置也渐渐地开始兴建 [1~5]。 制取二甲醚的方法有甲醇脱水法和合成气一步法两种。 前一段时间 , 合成气一步法制二甲醚工艺已成为大家的共识 , 但近年来利用甲醇气相脱水法制乙醇正在成为主流，本项目设计的正是甲醇气相脱水法制二甲醚。 在一个大型甲醇装置的后面 , 跟一个中型或 小型的二甲醚装置 , 可以适应市场的变化。 二甲醚装置大型化的步伐比较缓慢 , 是由于二甲醚用作清洁燃料使用还有一些问题 , 而不是合成方法的问题。 二甲醚作燃料以外的用途 , 纯度要求高一些 , 但仍然属于精细化工的范围。 随着技术的发展，目前二甲醚装置的规模已经从千吨级普遍迈向了万吨级。 在这种情况下 , 万吨级的甲醇脱水制二甲醚生产工艺 , 仍然具有实用价值。 当然，目前已经有几处兴建了十万吨级的二甲醚生产装置，而且已经有人提出了 40 万吨 /年的生产装置的可行性方案。 相信随着技术的发展和对二甲醚的需求量的增加，二甲醚的生产规模 还会进一步扩大 [6]。 设计依据 《化工厂初步设计文件内容深度规定》 HG/T206882020 编制的项目建议书 化工工艺设计手册 化工管道设计手册 化工建筑概论 化工设计的有关标准 依据有关部门下达的实设计任务书或可行性报告的批文， 环境影响报告书的 2 批文，资源评价报告的批文 ， 技术引进合同，设计合同，其他文件等。 设计原则 遵守法则 、 法规，贯彻党的基本建设方针，实事求是，因地制宜。 合理利用国家资源和财产，最大限度的发挥硬件设施的内在潜力，节约土地，减少投资，降低成本。 设计中因地制宜地采用国内 外新技术，选择先进的、高效的工艺设备和新型材料，充分吸收现场经验，尽量简化工艺， 提高机械化 、自动化水平，所选择的设备应具有较高的可靠性而由易于维修。 因此，尽量选用标准化、系列化、通用化的设备。 再结合我国有关复合肥的相关政策制定的。 把安全生产放在第一位，除了追求经济效益以及社会效益外，还以节能减排、可持续发展的原则为指导思想，实现本项目高浓度 二甲醚 的安全生产，绿色生产。 设计内容及进度安排 （ 1）物料衡算与能量衡算 —— 第 8 周完成 （ 2）设计说明书前 4 章内容整理 —— 第 9 周完成 （ 3） 设 备 工艺 计算 及选型 — — 第 10 周完成 （ 4） 原材料、动力消耗定额及消耗量 —— 第 11周完成 （ 5） 自动控制的设计 —— 第 12周完成 （ 6）车间及设备 布置设计 —— 第 13 周完成 （ 7）管道布置设计 —— 第 14 周完成 （ 8）修改并整理文档 —— 15~17 周 建设规模及产品方案 建设规模：年工作时间 8400 小时，年产 2 万吨二甲醚生产装置 产品方案：以甲醇为原料，产品二甲醚纯度 ≥ % 厂址选择 本项目拟选址在郑东新区， 郑东新区位于河南省省会郑州市区东部，是郑州市委、市政府根据国务院批准的郑州市城市总体规划。 该区以迁建的原 郑州机场为起步区，以国家经济技术开发区为基础 ,西起老 107 国道，东至京珠高速 3 公路，南自机场高速公路，北至连霍高速公路，郑东新区开发建设作为河南省加快城市化进程的龙头项目，已被河南省政府作为重点工程列入日常工作。 交通便利，而且 郑州是京广铁路、陇海铁路两大铁路大动脉，和京港高铁 (世界最长的高铁线路 )、徐兰高铁 (欧亚大陆桥 )两大时速 350 公里高铁交通大动脉的交会点，是沟通南北，连贯东西的交通要冲，素有中国铁路心脏之称，交通便利。 能量利用与环境保护 在项目的建设和管理方面都要注意采取高效节能措施，措施主 要包括： （ 1）优化全厂总工艺流程，设计好需用公用工程最少的热交换网络，节省蒸汽量与冷却水量。 并且尽量使其他技术的选择在总体上满足全厂流程最优化的要求。 （ 2）合理安排全厂蒸汽平衡和热交换网络，利用装置剩余热量对需热物流加热。 同时对全厂各系统用汽加以优化，使全厂用汽与产汽之间基本达到平衡。 （ 3）对装置及系统产生的凝结水、锅炉排污和生产污水进行深度利用，处理后的回收水用作循环水补水；对于能够进行一水多用的设备及工艺尽量做到一水多用，从而节省水耗量，降低能耗。 （ 4）减少新鲜水用量，减少排污，清污分流。 污水处 理场进水分为高浓度污水和低浓度污水，高浓度污水处理后排放，低浓度污水处理后回用。 （ 5）换热器采用高效、低压降换热器提高效率，减少能耗；在机泵的选用上选用高效机泵和高效节能电机，提高设备效率；并根据情况选用液力透平回收高压液体的能量。 （ 6）选用高效变压器和电器设备，合理选则机泵和驱动电机的容量。 （ 7）采用先进的自动控制系统，使得各系统在优化条件下操作，提高全厂的用能水平。 （ 8）加强设备 及管道的隔热和保温等措施，对所有高温设备及管线均选用优质保温材料，减少散热，提高装置及系统的热回收率。 在环境保护方面 本项目需要的主要是如下几个方面： （ 1）废水治理 尾气洗涤液进入沉降池，一部分自身循环，一部分进入废水处理装置进行处理。 车间地面冲洗水、生活废水等汇集于水池，经物化、生化处理后达标排放。 4 （ 2）噪声处理 主要源于各设备在运转过程中由振动、摩擦、碰撞而产生的机械噪声和由排风、排气等产生的气体动力噪声。 措施为尽量选用低噪声设备，并采用降低噪音的措施达到国家要求标准。 并在磨粉机、粉碎机、振动筛的基础设置隔振垫或安装消声器，使噪声在原基础上降低或在其生产岗位上设置隔声操作室，以改善操作人员劳动环境。 （ 3）工厂 绿化 在厂区进行绿化设计， 一是能治理污染，净化空气，调节温度、吸附灰尘，隔离噪音等；二是将厂区绿化的非常漂亮，建成花园式的工厂，使环境清新优美，冬暖夏凉，增进员工的身体健康，使他们一进厂区，就有一个好心情，忘掉不快，减轻压力，干劲倍增。 存在问题及建议 换热网络虽然经过了部分优化但仍然具有改进的空间。 参考文献 [1] 梁轶 . 二甲醚的生产技术及其应用 [ J ] . 贵州化工 , 2020,26( 1) : 17～ 19. [2] 朱赛芬 , 程小红 , 严招春 . 二甲醚生产技术进展及其市场情况分析 [ J ] . 应用化工 , 2020, 30 ( 3) : 7～ 10. [3] 周卫国 . 二甲醚生产、应用及市场 [ J] . 上海化工 , 2020,( 10) : 31～ 35. [4] 安军信 . 清洁燃料二甲醚的生产技术和发展前景 [ J] . 石化技术与应用 , 2020, 19 ( 6) : 389～ 392. [5] 韩凌 , 郭少青 , 朱凌皓 . 二甲醚生产技术与市场状况 [ J ] .煤化工 , 2020, ( 3) : 32～ 34. [6] 赵贤俊 .二甲醚生产工艺技术现状及发展趋势 [J].化学工业 ,2020. 26(6):2630. 5 第 2 章 工艺流程设计 生产方案 选择 产品性质及规格标准 产品性质：二甲醚又称甲醚，简称 DME，在常压下是一种无色气体或压缩液体，具有轻微醚香味。 相对密度（ 20℃） ，熔点 ℃，沸点 ℃，室温下蒸气压约为 ，与石油液化气（ LPG）相似。 溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有机溶剂。 易燃，在燃烧时火焰略带光亮，燃烧热（气态）为1455kJ/mol。 常温下 DME 具有惰性，不易自动氧化，无腐蚀、无致癌性，但在辐射或加热条件下可分解成甲烷 、乙烷、甲醛等。 规格标准：年产量 2 万吨，质量分数≥ % 原料路线确定原则和依据 原则：符合整个生产流程的设计，同时 合理利用国家资源和财产，节约土地，减少投资，降低成本。 依据：（ 1） 化工工艺设计手册 （ 2） 化工管道设计手册 （ 3） 化工建筑概论 （ 4） 化工设计的有关标准 工艺技术方案比较和选择理由 二甲醚的生产方法主要有如下三种： （ 1）合成气一步法 以合成气（ CO+H2）为原料，合成甲醇反应和甲醇脱水反应在一个反应器中完成，同时伴随 CO 的变换反应。 其反应式为 3CO+3H2== H3COCH3+ CO2 6 典型的合成气一步法生产流程如下： 新鲜合成气中的 CO和 H2的比例配成约 1： 1 左右（配气手段：变换、脱碳等），与循环气混合后进入二甲醚合成反应器进行反应。 反应压力 , 温度230280℃。 反应产物经冷却、吸收分离，未反应的 CO和 H2气体返回合成反应器加压循环返回做反应原料。 吸收液经脱除二氧化碳、精馏得到产品二甲醚。 而反应产物中的甲醇则经精馏提纯后做为副产品。 甲醇产量为二甲醚产量的 110%。 合成合成气一步法的主要特点在于反应的优势，合成甲醇反应和甲 醇脱水反应在一个反应器中完成。 反应平反应衡常数大，合成气单程转化率高，达 % %。 图 21 合成气一步流程框图 合成气一步法的主要问题有： 1）产品单一，只能生产二甲醚，甲醇产量为二甲醚产量的 110%，不能调节甲醇和二甲醚两种产品的比例。 2）原料利用率低 在反应产物中二甲醚与 CO 的比例为 1： 1（分子比），如原料中有水或 CO2，则反应产物中反应产物中 CO2的浓度（摩尔浓度）将超过二甲醚的浓度（摩尔浓度），而二氧化碳利用价值是很低的。 因此，以目标产品二甲醚计，合成气一步法的原料利 用率很低，故其生产成本也相应较高。 3CO + 3H2 == CH3OCH3 + CO2 原料利用率 51% 7 对比甲醇脱水法： 合成甲醇 2CO + 4H2 === 2CH3OH 原料利用率接近 100% 甲醇脱水 2CH3OH == H3COCH3 + H2O 原料利用率： % 3）合成甲醇、 CO变换、甲醇脱水均为放热反应，总反应热效应很大（ ），绝热温升达 5001050℃。 如不能有效移走热量，则合成甲醇的催化活性中心将被破坏而导致失活。 因而必须使用换热式 反应器。 而无论是固定床还是浆态床，由于反应器效率低，大型化均有一定问题。 4）未找到同时对两个反应均有较好催化作用，且稳定性好的催化剂。 这是技术突破的关键。 现使用的复合型催化剂两种活性中心相互干扰，甲醇催化活性中心易被氧化而失活，催化剂使用寿命短。 5）分离能耗高：吸收液大量循环，脱除 CO2需冷媒， DME粗产品浓度低、精馏分离蒸汽消耗高。 因此，合成气一步法还需要较长时间的研究探索，等待突破性的技术成果完成，其工业化才可能成为现实。 （ 2）甲醇气相法 甲醇气相催化脱水法是目前国内外使用最多的二甲醚工业 生产方法。 典型的甲醇气相法的生产过程如图 22 所示。 图 22 甲醇气相法流程框图 催化剂为 ZSM分子筛或γ Al2O3。 甲醇脱水反应的化学反应式为： 8 2CH3OH=== H3COCH3+ H2O 反应条件为 、 230400℃。 甲醇经汽化在换热器中与反应器出来的反应产物换热后进入反应器中进行气相催化脱水反应，反应产物经换热后、用循环水冷却冷凝。 反应器结构有绝热式固定床、换热式固定床、多段冷激式固定床和等温管式固定床等。 冷却冷凝后的物料在粗甲醚中间罐进行气液分离。 气相为副反应产生的不 凝气和二甲醚、甲醇的饱和蒸汽，送洗涤塔用甲醇或甲醇 水溶液吸收回收其中二甲醚。 吸收液返回粗甲醚中间罐，吸收尾气送出装置。 粗甲醚中间罐的粗二甲醚用精馏塔进行精馏分离，从精馏塔顶出来的二甲醚蒸汽经精馏塔冷凝器冷凝后一部分回流入塔，一部分作为产品送产品贮罐。 而从二甲醚精馏塔塔釜得到的甲醇 水溶液则送甲醇提浓塔精馏提浓甲醇，提浓后的甲醇返回做反应原料。 从甲醇提浓塔塔釜排出含醇废水。 （ 3）甲醇液相法 液相法由硫酸法发展而来，而硫酸法生产二甲醚工艺是硫酸法生产硫酸二甲酯生产流程中的前半段生产工艺。 液相法反应式仍是甲 醇脱水： 2CH3OH== H3COCH3+ H2O 反应在液相中进行。 目前先进的液相法在硫酸法的基础上有了技术上的突破。 如在反应器中加入其他添加物（如磷酸等），改变了反应器蒸发物料的相对组成，从而达到连续反应、反应产物连续蒸发的目的，实现了装置的连续生产、并解决了反应器无机酸催化剂的排放问题。 国内先进的甲醇液相发工艺流程如图 23 所示。 催化剂为硫酸等无机酸。 甲醇脱水反应在液相、常压或微正压、 130180℃下进行。 反应产物加热汽化送出反应器，经冷却，反应产物部分冷凝。 汽相经压缩、液化即得到产品二甲醚 ；反应产物部分冷凝后的液相主要成分为水、甲醇和二甲醚。 液相物料经甲醇提浓塔精馏分离，从塔顶得到甲醇和二甲醚的混合物。 塔顶冷凝器未冷凝的二甲醚送压缩机压缩作产品，冷凝液则送回反应系统做原料。 液相法的优点在于反应温度低，由于甲醇脱水反应为放热反应，反应温度越低，平衡转化率越高，故其甲醇在反应器中的单程转化率比气相法高，达 90%以上。 这样循环的甲醇量少，理论上可减少一定的蒸汽消耗。 9。