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甲醇脱水制二甲醚过程设计 化工学院03博： 李 璐 田 勇 王斋民 指导教师： 钱 宇 教授 陆恩锡 教授 本设计的主要内容 背景介绍 生产过程设计 一.背景介绍 一.背景介绍 2. 市场潜力 世界现有二甲醚总生产能力20万吨/年，中国国内总生产能力为2万吨/年，国内的需求量远远高于供给量。而据市场需求预测，仅中国国内2005年柴油消费量将达到9000万吨，按5％比例为二甲醚替代，需要二甲醚450万吨，由此可见二甲醚市场潜力巨大。 二、生产过程设计 1.制备方法 将甲醇蒸汽通过固体催化剂，经过气相脱水生成二甲醚。由甲醇脱水制备甲醚的反应方程式为： 2CH3OH →(CH3)2O + H2O 工艺过程包括甲醇加热，甲醇脱水，甲醚冷却、冷凝以及粗醚精馏，是目前国内外主要的生产方法。 二、生产过程设计 流程设计模块示意图 基本流程 二、生产过程设计 2. 反应器的设计 2.1 反应方程式及工艺条件的选择 ???? 2CH3OH → (CH3)2O + H2O 根据反应的限制条件，反应催化剂不能在4000C的温度之上工作，如果温度超过4000C，主反应的选择性大为降低。而当温度在360—3700C之间时，反应不仅有接近1的选择性，而且反应速率也较高。 二、生产过程设计 2.2 反应器的选择 目前工业上采用的反应器是绝热固定床反应器。它的缺点是催化床下部温度高，催化剂易衰老，影响寿命；同时反应热也未得到充分利用。 上届同学采用了单管逆流型反应器，以利用反应产生的热量进行自身升温，这样可以降低进料的入口温度。可是塔内温度不够平稳，比较难控制。 为了能及时除去大量的反应热并且保证反应塔内的温度平稳且易控制，以使反应条件的最优化，我们采用浆态床反应器。 二、生产过程设计 2.3 浆态床 结构示意图 二、生产过程设计 3. 分离系统 从反应器中出来的气体含有二甲醚、未反应的甲醇、水等物质，它们都是以气体形式存在。在进入分离塔之前，要将气体冷却成液体或者气液两相共存。三组分的混合体系，采用两个精馏塔，即一个二甲醚塔和一个甲醇塔来将三种物质分离。 根据“排定塔序的推理法则”，三组分中的二甲醚的流量最大，而且也最轻，所以本设计中先分离二甲醚，然后再分离甲醇。 二、生产过程设计 3. 分离系统 工艺流程图 二甲醚分离塔 二甲醚在常压下的沸点相当低，为－24.90C，所以应在加压条件下进行精馏。经过Aspenplus模拟，塔采用严格的计算有： 回流比R＝0.70000 塔板数N＝22 冷凝器热负荷Q冷凝器＝177236 watt 再沸器热负荷Q再沸器＝120730 watt 甲醇分离塔 经过Aspenplus模拟，塔采用严格的计算有： 回流比R＝1.90000 塔板数N＝23 冷凝器热负荷Q冷凝器＝98829.2 watt 再沸器热负荷Q再沸器＝99732.6 watt * * 反应器的设计 分离系统 ? ? 性质 二甲醚 (Dimethy1 Ether，简称 DME)，沸点-24.9℃，凝固点-140℃，自燃点350℃，饱和蒸气压392kPa，常温下为无色、无毒、无刺激性气体， 稳定性非常好，对人体安全，对臭氧层的破坏ODP值为零。由于它是极性物质，所以具有特殊的溶解性能，在水中的溶解度达到54%，如果在DME中添加6%的乙醇，能以任意比例与水混合。 用途 主要用于气雾剂、燃料、制冷剂、化学中间体和发泡剂等。 1.二甲醚的应用 反应器 分离系统 甲醇循环 甲醇 二甲醚 水 图1 流程模块图 进料 图 1　甲醇气相脱水生产二甲醚流程图 1－精馏塔 ; 2—汽提塔 ; 3—反应器4—甲醇泵 ; 5—洗涤塔 ; 6—冷凝器 ;7, 8—热交换 图2 浆态床结构示意图 特点：混合均匀,可以在等温下操作,在较高的平均温度下运行,能获得较高的反应速率。其单位反应器体积的收率高,催化剂用量只是绝热固定床的20%～30 % ,造价低。