10万吨年二甲醚生产作业流程的综合项目开发.docx

10万吨/年二甲醴生产流程项目开发摘要：综述了二甲醍性质、用途及生产办法。对年产10万吨二甲醛生产流程进行工艺设计，通过对DME精储塔和甲醇回收塔操作条件进行优化，减少了塔理论板数，减少了设备投资，减少公用工程消耗和温位，进而减少操作费用。核心词：甲醇；二甲醛；工艺条件；模仿与优化二甲醛(DimethyIEther,简称DME)习惯上简称甲醛，为最简朴脂肪酸，分子式C2H6,是乙醇同分异构体，构造式CH3-O-CH3,分子量46.07,是一种无色、无毒、无致癌性、腐蚀性小产品。DME因其良好理化性质而被广泛地应用于化工、日化、医药和制冷等行业，近几年更因其燃烧效果好和污染少而被称为“清洁燃料”，引起广泛关注。如高纯度二甲醛可代替氟里昂用作气溶胶喷射剂和致冷荆，减少对大气环境污染和臭氧层破坏。由于其良好水溶性、油溶性，使得其应用范畴大大优于丙烷、丁烷等石油化学品。代替甲醵用作甲醛生产新原料。作为民用燃料气其储运、燃烧安全性，预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均优于石油液化气，可作为都市管道煤气调峰气、液化气掺混气。也是柴油发动机抱负燃料，与甲醇燃料汽车相比，不存在汽车冷启动问题。二甲醛在燃烧时不会产生破坏环境气体，能便宜而大量地生产。与甲烷同样，被盼望成为21世纪能源之一风中华人民共和国工程院倪维斗院士预言，二甲醛必将成为中华人民共和国能源构造中一支生力军，预测5年内国内将有500万吨到100O万吨二甲醛年需求量。尽管二甲醛投资额比较高，但大处从国家能源安全考虑，小处从市场需求与公司效益考虑，高额投资也是值得，国家也应对清洁能源产业发展壮大予以必要扶持，同步呼吁成立一种国家层次推广发展醉、酸燃料机构。藉此契机，综合考虑，进行了此年产10万吨二甲醛装置生产流程设计。1国内外二甲醛生产发呈现状当前，全球二甲醛总生产能力约为21万ta,产量16万t/a左右，表I-T为世界二甲醛重要生产厂家及产量。国内二甲酸总生产能力约为1.2万t/a,产量约为0.8万t/a,表1-2为国内二甲醛重要生产厂家及产量。据市场调查国内二甲醛需求量远远超过供应量，当前国内仅气雾剂一项需求量达到1.51.8万吨/年，而高纯度二甲醛还依赖进口。表1-3为和国内对二甲能市场需求预测，可见，二甲醛市场应用前景辽阔，因而对二甲醛生产工艺进行研究很有必要?表1.1世界二甲醛重要生产厂家及产量国家和地区生产厂家生产能力（KUa）美国杜邦公司30A1.1.EDSINGNA1.ING10德国联合莱茵褐煤燃料公司20DEA公司65荷兰阿克苏公司30住友公司日本三井东压化学公司10日本制铁公司澳大利亚CSR有限公司（DEA技术）10南非（DEA技术）-印度PTBumitangerrang气体化工业公司3台湾康盛公司18中华人民共和国大陆12生产厂家生产能力(Kta)广东中山精细化工实业公司5成都华菱公司2江苏吴县合成化学品厂2上海申威气雾剂公司I湖北田力实业公司1.5共计11.5表1.3国内对二甲醛市场需求预测项目需求量(KtZa)需求量(KtZa)气雾剂22.830汽车燃料37308240民用燃料1226019230共计16012.8275002本设计采用办法作为纯粹DME生产装置而言，表1.4中列出了3种不同生产工艺技术经济指标。由表1-4可以看出，由合成气一步法制DME生产成本远较硫酸法和甲醇脱水法为低，因而具备明显竞争性。但相对其他两类办法，当前该办法正处在工业放大阶段，规模比较小，此外，它对催化剂、反映压力规定高，产品分离纯度低，二甲醛选取性低，这都是需要研究解决问题。本设计采用汽相气相甲醵脱水法制DMEm叫相对液相法，气相法具备操作简朴，自动化限度较高，少量废水废气排放，排放物低于国家规定排放原则，DME选取性和产品质量高等长处。同步该法也是当前国内外生产DME重要办法。办法硫酸法气相转化法一步合成法催化剂硫酸固体酸催化剂多功能型催化剂反映温度/°C130-160200400250-300反映压力/Mpa常压0.11.53.56.0转化率/%9075-8590二甲醛选取性/%>99>99>65100OtZa投资/万元280-320400500700800车间成本(元/吨)45004800460048003400-3600二甲醛纯度/%99.699.93工艺设计3.1 工艺条件设计3.1.1 反映原理反映方程式：2CHsOH(CH3)2O+H2O；Hr(25°C)=-11770KJZkmol3.1.2 反映条件本过程采用持续操作,反映条件:温度T=250C370C,反映压力P=13.9bar,反映在绝热条件下进行。3.1.3 反映选取性和转化率选取性：该反映为催化脱水。在400C如下时，该反映过程为单一、不可逆、无副产品反映，选取性为100%。转化率：反映为气相反映，甲醇转化率在80%O3.1.4 系统循环构造在DME合成反映中，由于甲醇不能完全转化，因而必要对反映后物流进行分离，使甲醇同其他组分分离出来，通过循环返回反映器，从而提高反映物运用3.1.5 分离工艺从反映器中出来气体具有二甲醛、未反映甲醇、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。三组分混合体系，至少采用两个简朴精福塔，即一种二甲酸塔和一种甲醇回收塔来将三种物质分离。依照在排定简朴精微塔塔序时，人们得到了两组推理法则。(1)排定塔序通用推理法则：尽快脱出腐蚀性组分；尽快脱出反映性组分或单体；以储出物移出产品；以馀出物移出循环物流，如果是循环送回填料床反映器,特别要这样。(2)排定塔序推理法则：流量最大优先；最轻优先；高效率分离最后；分离困难最后；等摩尔分割优先；下一种分离应当是最便宜。依照上述推理法则，三组分中二甲醛流量最大，并且也最轻。3.2工艺路线设计经原料库来新鲜甲醇经往复泵P-201升压和未完全反映甲醇循环物流相混合进入甲醇预热器E201,用低压蒸汽加热到154C,通过反映器冷却器E-202换热到250进入反映器R-201进行绝热反映，反映器温度为250-370°C之间，反映器出口混合物通过反映器冷却器E-202、DME冷却器E-203,最后进入DME分离塔T-201进行分离，塔顶得到纯度为99.5wt%产品二甲醛，塔底甲醇和反映生成水混合物进入甲醇回收塔T-202进行分离。在T-202塔中将水和甲醇分离，塔底得到废水进入废水解决工序，塔顶得到纯度为99.3wt%甲醇循环使用。工艺流程图PFD：10万吨/年二甲醛生产流程图3.2.1流程模仿与优化整个系统重要涉及甲醇、二甲醛和水三种组分，整个流程采用AspenPlus进行模仿，为保证系统物性计算精确性，采用热力学办法是UNIQUAC/SRK,即系统汽液平衡采用UNIQUAC办法进行计算，二元交互作用参数可获得，焰计算采用SRK办法。3.2.2DME分离塔T-201操作条件拟定T-201作用：1、分离产品DME使产品纯度达到99.95wt%,同步，产品回收率达到99.8%。在此目的下对该塔进行模仿优化，寻找达到该分离规定最佳操作条件。(1)塔压力选取DME在常压下沸点是-24.9°C,因此如果选取系统压力在常压下，则塔顶冷凝器很难对该产品进行冷却。因此塔压力采用加压。另一方面随着操作压力增长,精馈操作所用蒸汽、冷却水、动力消耗也增长。精储高纯度DME操作压力适当范畴为0.60.8MPa这里采用塔顶冷凝器压力为8.1bar,塔顶压力为8.3bar,塔底压力为8.5bar对该系统进行模仿计算，这样塔顶温度为38,塔底温度为145.8oC0这样塔顶、塔底公用工程就可以分别用冷凝水和中压(10-15kgf7cm2)蒸汽来实现。(2)理论板数、进料板位置和回流比关系通过模仿在一定理论板数下,进料板位置和回流比关系(达到分离规定99.95wt%),得到如图4-2所示关系图叫图42DME分离塔T201网论板散、进料1K和网海比的关W由上图可得到如下结论：当理论板数一定期，回流比随进料板位置变化浮现最小值，这阐明进料板存在最佳位置，使得该塔达到分离效果时需要最小回流。随着理论板数增长，达到分离规定最佳进料板位置也相应发生变化。最佳进料位置大概在塔中部偏上某些，当理论板数超过17时，最佳进料位置大概第八和第九块理论板之间。这里采用第八块理论板作为最佳进料板。(3)理论板数对分离效果影响进料位置在第8块理论板时，回流比采用0.55时，探讨理论板数对分离效果影响,模仿成果如图43所示:理论板数对分离果果的影响山,.二w*su17理法.收数u图4-3DME1刃增T.201理论改TMHW比丈的的向可见理论板数Nt>=19块时，理论板数增长对分离效果增长不明显，依照分离规定这里取Nt=20o(4)回流比对分离效果影响在NT=20,进料位置为8,讨论回流比对分离效果影响，如图4-4所示。回流比对分离效果的影响图4-4DME分离塔T-201回流比对分离效果影响由此可见,随着回流比增大，塔顶DME杂质含量和损失越来越小，但当回流比不不大于0.55时，曲线趋于平直，阐明增大回流对分离效果提高不大。这里回流比取0.55。依照模仿成果，该点DME纯度为99.95wt%,产品中DME收率为99.74%。(5) DME分离塔T-201优化成果同步考虑DME分离塔T-201对DME分离纯度和收率，优化成果如表2.3：表2.3DME分离塔T-201优化成果理论塔板数20回流比0.521最佳进料位置8产品DME纯度(wt%)99.95塔顶温度(0O36.29冷凝器热(MmkCal/hr)99.8她低温度(°C)145.82382再沸器(MmkCaI/hr)1.7618188塔顶压力(bar)8.1塔顶采出量(kmol/hr)1.38569487塔底压力(bar)8.5271.391294各物流模仿优化成果如表2.4：表2.4DME分离塔T-201各物流模仿优化UOI项目进料物流塔底出料塔项出料摩尔流率(kmol/hr)DME271.7397120.543497271.1962甲醇135.598119135.40310.195062水277.454385277.45442.01E-05摩尔分数DME0.396820680.0013150.999281甲醇0.1980135203275340.000719水0.40516580.6711517.39E-08质量流率(kmol/hr)DME12518.787625.0384112493.75甲醇4344.856634338.6066.250217水4998.418434998.4180.000361质量分数DME0.57262610.0026740