[能源化工]年产10万吨二甲醚的初步工艺设计

[能源化工]年产10万吨二甲醚的初步工艺设计内容摘要：

目进行了财务评价计算。 工程总投资估算值 14300 万元，项目的内部收益率所得税前为 %，高于基准收益率 12%。 其它各项效益指标及盈亏平衡分析结果均表明本项目具有很强的抗风险能力。 上述各方面问题的研究结果表明， 10 万吨 /年二甲醚项目符合国家产业政策和未来能源市场发展方向，市场预测乐观，工艺方案合理，工艺技 术成熟可靠，投资估算和财务评价结果也表明项目经济效益明显。 本设计包括设计说明书和图纸两部分。 说明书主要包括工艺流程的确定，物料衡算，热量衡算，工艺设备的设计及选型，厂房平面布置 ， 还有进行 初步的 经济分析等。 图纸包括工艺流程图，主设备图，车间布置平面 等。 设计 者 ： 陆应文 2020 年 6 月 1 日 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 1 1 文献综述 二甲醚 概述 二甲醚的发展现状 自 20 世纪 70 年代，二甲醚开始被用作气雾剂，以取代破坏臭氧的氟利昂。 近几年来，在各国寻求清洁车用替代燃料的过程中，二甲醚的良好燃烧性能和低污染 排放特性使其日益受到重视。 二甲醚（ DME）常温常压下是一种无色低毒的可燃性气体，性能与液化石油气相似，燃烧时不析碳，无残液，燃烧废气无毒，是一种理想的清洁燃料。 DME 还是一种新型的 、 理想的 、 可替代车用燃料的“ 21 世纪的绿色燃料”。 随着环境污染的日益严重及石油资源的日益匮乏，对二甲醚的需求量迅速 增加，因此二甲醚的合成研究已成为各国科技人员的研究焦点。 二甲醚是 21 世纪的超清洁燃料，无论是作为民用燃料 、 或替代柴油 、 汽油作为汽车燃料 、 或是用于发电，其制备 、 储运等都比较容易解决，并能促进新一代汽车 、 电力等工业的发 展。 目前，二甲醚发展的关键问题在于配套措施不完善 、 市场发展不成熟 、 二甲醚使用观念有待更新。 二甲醚 的传统领域 的 应用及其拓展 （ 1） 传统领域 的 应用 第一， 做气雾剂、制冷剂和发泡剂。 DME 作为 停止使用的 氯氟烃的替代物，在气雾剂制品中显示出良好的性能，如： ① 不污染环境，对臭氧破坏系数为零； ② DME 在水中溶解度为 34%，若加 6%的乙醇，则可与水混溶，它与各种树脂也有极高的溶解能力； ③ 毒性很微弱，用在化妆品上观察不到有什么问题； ④ 可用水或氟制剂作阻燃剂； ⑤ 使喷雾产品不易致潮， 加之与其他气雾剂相比， 其成 本低、价格便宜从而被认为是新一代理想的气雾推进剂。 在西欧各国已经成为民用气溶胶制品的氯氟烃的替代品。 目前 DME 在世界喷射剂的用量中居第二位，仅次于碳氢化合物， 其次，由于 DME 容易液化的特性，许多国家正在开发以 DME代替氯氟烃做制冷剂的技术。 Bohnenn 报道了用 DME 与氟里昂混合制成特种制冷剂，通过大量实验后，认为随着 DME 含量的增加，制冷能力增加，能耗降低 并且在冷冻食品时可免除异味和臭味。 另外 Kohl 等人报道了以 DME、丙烷、丁烷制无氟制冷剂的方法。 第二， DME 作为化学中间体，主要用于制造硫酸二甲酯。 DME 同发烟硫酸反应可以生成硫酸二甲酯；同苯胺反应生成高纯 N， N二甲基苯胺，脱水成乙烯，羰基化可以制取醋酸甲酯；与硫化氢反应生成二甲基硫醚，进而可生成二甲基亚砜。 除此之外 DME 还 是重要的化工原料 ,可用于许多精细化学品的合成 ,同时在轻化、制药、燃料、农药等工业中有许多独特的用途。 （ 2） 新近拓展的应用领域 作为新型高效清洁燃料是 DME 应用领域的一个崭新的拓展 应用 领域。 DME 作为民用燃料比液化气具有更优良的物理化学性能（如表 1， 表 2 所示 ）。 由于 DME 的分子结构与烃类不同，只有 CH与 CO 键，没有 CC 键 ，所以燃烧时无黑烟， CO 与 NOx 排放量很低，符合洁净燃料的要求；而且湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 2 燃烧性能良好，燃烧废气无毒，完全符合卫生标准；单一组成，无残液；在室温下可压缩成液体，用现有的液化石油气罐盛装，燃具与 LPG 基本通用，是优良的民用洁净燃料。 当温度在 37． 8℃时，二甲醚的蒸汽压低于 1378kPa，符合液化石油气的要求（如表 11）所示。 表 1 DME 液化气与液化石油气性质比较 项目 分子量 压力 Mpa (60℃ ) 燃烧温度 ℃ 爆炸下限 % 理论空气量 预混气热值 KJ/ m3 LPG DME 2055 2250 3903 4219 表 2 DME 与 0＃柴油的比较 对比项目 DME 0＃柴油 分子量 190～ 220 沸点（℃） 180～ 360 十六烷值 55～ 60 40～ 50 低热值（ kJ/kg） 28840 42500 理论空燃比 9 氧含量（ %） — 硫化物 — 有 国内二甲醚市场简况 现状 中国 DME 生产起步较晚，但发展加快。 1994 年广东中山化工厂建成 2500 吨 /年 DME 生产装置。 此前，只有江苏昆山化工厂有少量生产。 近几年，国内陆续又有一些厂家投产 DME，其中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 及 泸天化公司等企业，年总产量已超过 50 万吨。 近年来，我国 DME 的生产发展迅速。 2020 年全国 DME 总生产能力仅有 万吨 /年，产量约为2 万吨 /年，开工率处于 63％ 的较低水平。 到 2020 年，发展到 30 多家生产企业，年生产能力约 48 万吨，产量约 32 万吨，开工率 67%。 4 年间能力和产量迅速增长，起年均增长率分别为 79%和 96%。 宁夏银川正在筹划 的 年产 83 万吨 DME 项目， 计划今年年底投产， 初步决定采用美国空气产品与化学品公司技术。 计划投资 亿元。 宁夏石化集团公司、中煤四达矿业公司、西安交通大学、原化工部第二设计院、中国成达化学工程公司等参与合作。 该项目将由煤炭为起始原料生产 DME。 项目建设将分二个阶段，第一阶段生产 21 万吨 /年，第二阶段再扩增 62 万吨 /年。 由美国贸易发展署出资援助招标、美国福陆公司中标所作的宁夏煤基 DME（一期） 83 万吨／ 年项目报告已于 2020 年 4月完成， 后因资金技术问题 项目 尚未 启动。 宁夏煤炭资源丰富，但因为地处西部，且邻省陕西、内蒙古、甘肃等均为富煤省份，煤炭外运十分困难。 宁夏决定大力发展电力和煤化工等产业，建设大型DME 厂是其中一项。 美国政府出资 万美元对该项目给予援助。 表 3 2020 年我国 DME 主要生产厂家及其能力 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 3 企 业 生产工艺 生产能力（吨 /年） 广东中山凯达有限公司 重庆英力燃化有限公司 江苏昆山化工厂 武汉青江公司 吴县合成化学厂 上海申威气雾剂公司 河南沁阳紫阳乡 河南内乡化工局 无锡新苑化工集团 贵州宏华新能源公司 榆次燃料化工公司 安徽蒙城化肥厂 义乌光阳化工公司 渭河煤化工集团公司 陕西新型燃料燃具公司 山西浑源化肥厂 山东临沂鲁明化工有限公司 湖北田力实业公司 广州广氮集团公司 云南解化集团公司 山东久泰股份有限公司 湖南雪纳新能源有限公司 中国泸天化股份有限公司 中国泸天化股份有限公司 山西潞安 陕西神华 宁夏银川 内蒙古鄂尔多斯市 山东临沂市 两步法 气相脱水 浆态床一步法 两步法 气相脱水 两步法 液相脱水 两步法 气相脱水 两步法 气相脱水 两步法 气相脱水 两步法 气相脱水 两步法 气相脱水 两步法 气相脱水 两步法 气相脱水 两步法 气相脱水 两步法 气相脱水 两步法 气相脱水 两步法 气相脱水 浆态床一步法 两步法 液相脱水 固定床一步法 两步法 气相脱水 两步法 液相脱水 两步法 液相脱水 两步法 气相脱水 两步法 气相脱水 两步法 气相脱水 古定床一步法 流态床一步法 流态床一步法 流态床一步法 12500（ 94/98 年分期投产） 3000（ 04 年 4 月试产 /已停） 1000（ 91 年 3 月试产） 1500（ 95 年 9 月试产） 1000（ 96 年 7 月试 产） 800（ 95 年 3 月试产） 10000（ 04 年 1 月试产） 10000（ 04 年 8 月试产） 10000（ 03 年 5 月试产） 5000（ 05 年 3 月 试 产） 10000（ 04 年 12 月 试 产） 5000（ 04 年 10 月 试 产） 2500（ 98 年 9 月 试 产） 10000（ 05 年 10 月 试 产） 500（ 97 年 6 月 试 产） 5000（ 01 年 1 月 试 产） ★ 5000（ 04 年 12 月 试 产） 1500（ 97 年 9 月 试 产 ，现停产 ） 5000（ 98 年 10 月 试 产） 5000（ 06 年 2 月 试 产） ★ 30000（ 05 年 12 月试产） 30000（ 05 年 11 月投 产） 10000（ 03 年 8 月投产） 100000（ 05 年 9 月投产） 150000（筹建中） 202000（筹建中） 830000（筹建中） 1000000（筹建中） 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。 湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 4 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。