年产20万吨甲醇制二甲醚生产工艺初步设计(毕业论文)

年产20万吨甲醇制二甲醚生产工艺初步设计(毕业论文)内容摘要：

202000（筹建中） 830000（ 筹建中） 1000000（筹建中） 5 近几年 DME 生产规模较大的有山东临沂鲁明化工有限公司、广东中山精细化工实业有限公司、江苏吴县合成化工厂、江苏昆山化工原料厂、湖南雪纳新能源有限公司、山东久泰科技股份有限公司等企业，年总产量已超过 10 万吨。 国内上述大部分企业生产的 DME 产品主要面向气雾剂市场，到 2020年底为止，我国 DME 的正常生产能力为 1520 万吨 /年。 国内市场预测 第一， DME 作为柴油替代燃料或掺烧汽油市场。 随着国民经济的发展，我国对柴油和汽油的需求量每年增长的幅度不断加大。 统计数据显 示，目前柴油的需求量每年的速度增长为 7%，预计到 2020年我国对进口石油的依存度将超过 50%。 尤其是我国环保能源特别是洁净车用燃料一直十分紧缺，因此发展清洁车用燃料成为我国经济高速发展面临的现实问题。 DME 作为柴油替代能源在性能上具有明显的优势，而作为汽油添加剂进行掺烧在理论上证明可以提升汽油的品质，且技术方面不存在难以克服的问题，因此这是一个普遍看好的市场。 第二， DME 混烃燃料市场。 目前我国液化气年消费量在 3500 万～ 4000 万吨，每年约需进口 2020万吨。 DME 作为超洁净能源，与液化气相比在性能上具有 显著的优势。 如果用 DME 替代进口液化气，将至少形成约 2020 万吨／年的 DME 需求。 第三， DME 作为日用化工原料及化工中间体市场。 DME 除作为燃料以外，主要用于制气雾剂、制冷剂和发泡剂。 DME 进入这一市场的特点是附加值高，因而利润空间极大。 我国早期二甲醚的生产能力很低，只有江苏吴县合成化上厂、武汉硫酸厂等少数几个厂家生产，总产量约为 3000 吨 /年，远远不能满足国内市场的需求，高纯度二甲醚 (%)全部依赖进口。 近年来，我国在二甲醚液化气、醇醚燃料等方面取得了突破性进展。 其中中科院山西煤化所研制的甲醇 制二甲醚催化剂，催化与分离精制工艺，可用于生产燃料级（ 95%一 98%)与化工级 (99%)二甲醚，特别适合于已有甲醇的中小氮肥厂建立中小规模 (100 住一 3000 吨 /年 )的生产装置。 上海石油化工研究院开发成功的二甲醚反应蒸馏新技术，具有过程简单、投资省、消耗低、操作控制容易，不产生废酸、废渣和含酸废水等优点，甲醇单程转化率达 80%85%，选择性大于 %。 化工部西南化工研究院开发的新型民用代用燃料一醇醚燃料，目前已在河南、山西、贵州、安徽等省建立了 5 套生产装置，其中 4 套为万吨级装置。 广东省中山精细化工实 业有限公司采用西南化工研究院开发的甲醇催化转化二步法制二甲醚生产技术建立了 2500 吨 /年生产装置。 生产高纯度二甲醚，产品主要用作气雾剂。 最近，安徽省蒙城县化肥厂也建立了 2500 吨 /年高纯度二甲醚生产装置，产品纯度达 %以上。 山东临沂已经建成 30000 吨 /年二甲醚生产装置，已于 2020 年 10 月份投产，同时也在规划 100 万吨 /年二甲 6 醚的项目。 另外，陕西新型燃料燃具公司开发成功了二甲醚液化气灶 (JZMZ 一 A 型 )，将大大促进二甲醚作为燃料在我国的推广和普及。 纯度大于 95%的甲醚可作为液体石油气替代燃料，若 二甲醚能大规模地生产，显著地降低成本，将能在国内促进二甲醚的消费，目前己在部分地区使用二甲醚，但因技术经济上因生产规模太小而导致生产成本较高，影响其推广应用。 我国石油液化气进口量近年迅速增加， 19%年进口量为 万吨， 1998 年达 477 万吨，预计到 2020 年进口量达 929 万吨， 2020 年将达 1460 万吨。 因此二甲醚作为替代燃料的市场非常广阔。 仅以西南地区的重庆、成都市为例，目前两市的气化率很高，基本上都是用天然气，两地的餐饮业十分发达， LPG 消耗量极大，由于 DME 清洁燃烧完全、无黑烟、对人体无害，在 餐饮业中替代 LPG具有无可比拟的优势。 据保守估计，重庆市的 LPG 需求量在 8 万 /年，成都市的 LPG 需求量在 5 万吨 /年，四川省的总需求量在 25 万吨 /年，其市场前景非常乐观。 国外二甲醚市场简况 现状 目前世界上 DME 的生产主要集中在美国、德国、荷兰和日本等国， 2020 年世界总生产能力预计 万吨 /年，产量约 22 万吨，开工率 75%。 国外 DME 的主要生产厂家有美国的 Dupont 公司、荷兰的 AKZO 公司、德国的 DEA 公司和 UnitedRhine Lignite Fuel 公司等，其中德国 DEA 公司的生产能力最大为 万吨 /年。 二甲醚作为一种新型 、清洁的民用和车用燃料，被看作是柴油或 LPG/CNG 的优秀替代品，其作为燃料的市场血球增长将会非常惊人。 2020 年，全球有 400 万辆 LPG 汽车， 400 万辆乙醇汽车、 100 万辆 CNG 汽车，还有部分甲醇汽车。 以美国为例， 2020 年美国使用替代燃料（ LPG 和 CNG）的汽车为 42万辆，预计 2020 年为 330 万辆。 目前美国替代燃料消费量折合当量汽油约为 100 万吨（ 352 106 加仑当量汽油 ），约占当年全部燃料消费量的 %。 如果美国代用燃料的比例提高到 5%， 起需求量将达到 2500 万吨，可见替代燃料的市场前景是相当可观的 [20]。 亚洲地区是世界上柴油消费增长最快的地区，据国外研究机构预测，二甲醚作为替代燃料， 2020年亚洲地区的年需求量达 4000 万吨，可见，由于二甲醚具有其它替代燃料不可比拟的优势，将会成为柴油的主要替代燃料，具有难以估量的市场前景。 由于二甲醚的市场需求潜力十分巨大，在世界范围内，其建设已经成为热点项目，一些大型的二 7 甲醚装置已在积极筹建之中（见表 14），如果这些项目到 2020 都建成投产将新增二甲醚生产能力 793万～ 893 万吨。 届时世界二甲醚 总能力将达到 1082 万～ 1182 万吨 国外己有建设大型工业化 DME 装置的计划。 日本东洋工程公司（ TEC）完成建设单系列 250 万吨 /年 DME 装置的可行性验证。 采用天然气生产甲醇再转化成 DME 的二步法路线，以中东低价天然气为原料，生产 DME 的成本为 100~120 美元 /吨。 意味着 DME 作为清洁燃料可与 LPG 相竞争， DME 与 LPG 相似，易于贮存在现有的 LPG 终端和用船舶运输。 TEC 的流程组合 MFRZ 甲醇工艺和采用专利铝基催化剂的脱水新技术。 装置设计为 10000 吨 /天甲醇设施，可提供 7000~8000 吨 /天 DME 反应器进料。 总费用约 亿美元，比单独建设甲醇装置仅高约 10%。 已于 2020 年建成。 BP 公司、印度天然气管理局、印度石油公司合作投资 6 亿美元（各持股 50%、 24%、 24%）计划建设商业规模的 DME 生产厂，建设工作已于 2020 年开始。 拟采用托普索公司 DME 合成技术，利用 24 亿立方米天然气，年生产 DME180 万吨，用以替代石脑油、柴油和 LPG。 已于 2020 年元月投产， 2020 年向外供应 DME。 日本财团（三菱瓦斯化学公司、日挥公司、三菱重工公司和伊藤忠商事各持股 25%）成立的合资公司将在澳大利亚建设大规模 DME 装置。 年生产 DME140240 万吨，于 2020 年投产，产品销往日本和东南亚市场。 日本千代田和石川岛播磨重工公司联合为日本 JEE 控股公司进行 DME 装置工程设计， JEE 公司是工程和钢铁控股公司， 2020 年由川崎钢铁和 NKK 公司联合而成。 JEE 公司将在海外建设大规模 DME 装置，于 2020 年建成。 该装置将采用 JEE 工艺从合成气间接生产 DME。 JEE 工艺 DME 装置可使用天然气、烃类和生物质作为原料。 表 4 筹建中的二甲醚装置（不完全统计） 单位：万吨 /年 公司名称 生产能力 建设地点 投产日 期 日本财团（三菱瓦斯化学、日挥、三菱重工） ～ 澳大利亚（间接一步法） 2020 年 日本东洋工程公司 250 中东（二步法） 2020～ 2020 某公司在伊朗建设 80 伊朗 Zagros 2020 年规划 日本钢管公司等 8家 170 西澳大利亚（ NG 一步法） 2020 年开始规划 日本三菱瓦斯化学（ MGC） 150 澳大利亚 道达尔菲纳埃尔夫公司和 80 8 日本 8家公司合作 小计 ～ 世界 2020 年已有能力 2020 年合计能力 ～ 国外市场预测 目前，世界上二甲醚的总生产能力约为 700 万吨 /年，主要生产厂家有杜邦公司，德国联合莱因褐煤燃料公司，德国汉堡 DMA 公司，荷兰阿克苏公司，日本和我国台湾省等。 早期的二甲醚主要用作甲基化试剂用于生产硫酸二甲酷， 1986 年西欧生产的约 2 万吨二甲醚，有 9000 吨用于生产硫酸二甲酷。 随着人们环保意识的增强，二甲醚在气溶胶推进剂方面的用量逐年增加， 1990 年欧洲生产的 吨二甲醚，其中约有 万吨用于气溶胶工业，其它用作中间体。 目前世界二甲醚的产量约为 600 万吨 /年，预计到 2020 年需求量可突破 1100 万吨 /年。 当前世界各国都在注重二甲醚作为替代燃料的研究，届时二甲醚的需求量将大大增加。 日本一个开发合成二甲醚技术的国家计划已经展开， NKK 公司、太平洋碳钢公司和住友金属工业公司将利用通产省提供的资金 (18 亿日元 )进行相关的研究与开发工作，目标是设计一种方法通过用煤气和最新开发的催化剂直接合成低成本的二甲醚。 去年印度石油公司、煤气权力公司和石油研究院已经与阿莫科印度开发公司签署了开发和销售二甲醚作为多用途燃料的协议，使二甲醚商业化并提供技术，目前正着手可行性研究。 阿莫科公司已与丹麦托普索公司（ Haldor Topsoe）签订了进一步开发二甲醚技术的协议。 最近日本有人撰文探讨二甲醚作为清洁燃料替代柴油，对二甲醚的价格和燃料的性能跟柴油和汽油作比较，认为直接合成二甲醚法在今后的实际应用中没有问题，且成本方面具有较大竞争力。 美国的有关试验也证明，二甲醚作为柴油车燃料可以满足严格的 1988 年美国加利福尼亚超低排放交通工具法规的要求，经济上也很合理。 从二甲醚及柴油的消耗结果表明，按能耗计，低功率下，二甲醚消耗高于柴油，但在较高功率时，二者是相近的。 用二甲醚作为汽油添加剂比 其它醚类化合物具有更高的 O/CH 值，即二甲醚的含氧量高，可以使汽油燃烧更加完全。 且在某种程度上可以提高汽油的汽化效率，降低汽油的凝固点。 据资料介绍，美国己将二甲醚添加到航空煤油中，这大大提高了发动机的工作效率且效果很好。 目前日本和印度都研究在中东建设大型二甲醚装置，将二甲醚运回国内作发电燃料的可行性，其它许多发达国家都在进行二甲醚作为替代燃料的研究，解决全球能源紧张的局面。 原料说明 9 原料名称：甲醇 分子式 CH3OH，相对分子质量。 本设计采用的甲醇原料浓度为 90%（质量分数）。 （ 1）物 理性质 甲醇是最简单的饱和脂肪醇，密度 ，沸点 ℃，自燃点 385℃ 20℃，蒸汽压，常温常压下纯甲醇是无色透明，易挥发、可燃，略带醇香味的有毒液体。 甲醇可以和水以及乙醇、乙醚等许多有机液体无限互容，但不能与脂肪烃类化合物相互溶，甲醇蒸汽和空气混合能形成爆炸性混合物，爆炸极限为 %%（体积）。 （ 2）化学性质 甲醇作为最简单的饱和脂肪醇因此具有脂肪醇的化学性质，即可进行氧化、酯化、羰基化、胺化、脱水等化学反应，在此只介绍几种重要的化学反应。 （ 1） 脱水反应 甲醇在浓硫酸或其它催化剂的催化作用下脱水生成二甲醚，是工业制备二甲醚的重要方法； 主反应： 2CH3OH→ CH3O CH3+H2O+Q △ H298=副反应：⑴ CH3OH→ CO+2H2O ⑵ 2CH3OH→ C2H4+2H2O ⑶ 2CH3OH→ CH4+2 H2O +C ⑷ CH3OCH3→ CH4+CO+ H2 ⑸ CO+H2O→ CO2+ H2 （ 2） 氧化反应 甲醇在电解银催化剂下可被空气 氧化成甲醛，是重要的工业制备甲醛的方法； （ 3） 酯化反应 甲醇可与多种无机酸和有机酸发生酯化反应，甲醇和硫酸发生酯化反应生成硫酸氢甲酯，硫酸氢甲酯经减压蒸馏生成甲基化试剂硫酸二甲酯； （ 4） 羰基化反应 甲醇和光气发生羰基化反应生成氯甲酸甲酯，进一步反应生成碳酸二甲酯； （ 5） 裂解反应 在铜催化剂上，甲醇可裂解生成 CO 和 H2， 二甲醚的性质 10 （ 1）化学性质 二甲醚在辐射或加热条件下会分解成甲烷、乙烷、甲醛、二氧化碳及一氧化碳（产物取决于反应条件及催化剂）。 二甲醚可作为烷基化合剂，在很多场合中，它具有甲 基化反应性能，例如在硅酸铝催化剂存在的条件下，二甲醚可以与苯发生烷基化反应而生成甲苯、二甲苯及多烷基苯。 二甲醚与一氧化碳反应可生成乙酸或乙酸甲脂；与二氧化碳反应则生成甲氧基乙酸。 当与氰化氢反应时则生成乙腈。 此外，二甲醚可与三氟化硼形成络合物，其分子式（ CH3） 2OBF3，此络合物在空气中发烟，而在水或醇中则可分解。 DME 还可选择性氯化为各种氯化衍生物。 无致癌性、腐蚀性甚微。 （ 2）物理。