淺議二甲醚的合成工藝

1、淺議二甲醚的合成工藝【摘 要】二甲醚（簡稱 DME ）習(xí)慣上簡稱甲醚，為 最簡單的脂肪醚， 分子式 C2H6O ，是乙醇的同分異構(gòu)體， 結(jié) 構(gòu)式CH3 OCH3，分子量46.07,是一種無色、無毒、無 致癌性、腐蝕性小的產(chǎn)品。 DME 因其良好的理化性質(zhì)而被 廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥和制冷等行業(yè)， 近幾年更 因其燃燒效果好和污染少而被稱為“清潔燃料” ，引起廣泛 關(guān)注?！娟P(guān)鍵詞】二甲醚；設(shè)計(jì)；工藝1. DME 的用途 11.1 用作制冷劑和發(fā)泡劑由于 DME 的沸點(diǎn)較低，汽化熱大，汽化效果好，其冷 凝和蒸發(fā)特性接近氟氯烴， 因此 DME 作制冷劑非常有前途 國內(nèi)外正在積極開發(fā)它在冰箱、空調(diào)

2、、食品保鮮劑等方面的 應(yīng)用，以替代氟里昂。關(guān)于 DME 作發(fā)泡劑，國外已相繼開 發(fā)出利用 DME 作聚苯乙烯、聚氨基甲酸乙酯、熱塑聚酯泡 沫的發(fā)泡劑。發(fā)泡后的產(chǎn)品，孔的大小均勻，柔韌性、耐壓 性、抗裂性等性能都有所增強(qiáng)。1.2 DME 用作燃料由于 DME 具有液化石油氣相似的蒸氣壓，在低壓下DME 變?yōu)橐后w，在常溫、常壓下為氣態(tài)，易燃、毒性很低， 并且 DME 的十六烷值（約 55）高，作為液化石油氣和柴油 汽車燃料的代用品條件已經(jīng)成熟。由于它是一種優(yōu)良的清潔 能源，已日益受到國內(nèi)外的廣泛重視。在未來十年里， DME 作為燃料的應(yīng)用將有難以估量的潛在市場，其應(yīng)用前景十分 樂觀。可廣泛用于民用

3、清潔燃料、汽車發(fā)動機(jī)燃料、醇醚燃 料。1.3 DME 用作化工原料DME 作為一種重要的化工原料，可合成多種化學(xué)品及 參與多種化學(xué)反應(yīng)：與S03反應(yīng)可制得硫酸二甲酯； 與HCL 反應(yīng)可合成烷基鹵化物；與苯胺反應(yīng)可合成N，N- 二甲基苯胺；與 CO 反應(yīng)可羰基合成乙酸甲酯、醋酐，水解后生成乙 酸；與合成氣在催化劑存在下反應(yīng)生成乙酸乙烯；氧化羰化 制碳酸二甲酯；與 H2S 反應(yīng)制備二甲基硫醚。此外，利用 DME 還可以合成低烯烴、甲醛和有機(jī)硅化合物。2. DME 工藝說明及設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)依據(jù) 本項(xiàng)目基于教科書上的教學(xué)案例，通過研讀大量的關(guān)于DME 性質(zhì)、用途、生產(chǎn)技術(shù)及市場情況分析的文獻(xiàn)，對生

4、產(chǎn) DME 的工藝過程進(jìn)行設(shè)計(jì)的。2.2 設(shè)計(jì)方法 22.2.1 液相甲醇脫水法制 DME甲醇脫水制 DME 最早采用硫酸作催化劑，反應(yīng)在液相 中進(jìn)行，因此叫做液相甲醇脫水法，也稱硫酸法工藝。該工 藝生產(chǎn)純度 99.6%的 DME 產(chǎn)品，用于一些對 DME 純度要求 不高的場合。其工藝具有反應(yīng)條件溫和(130160)C、甲醇單程轉(zhuǎn)化率高 ( >85% ) 、可間歇也可連續(xù)生產(chǎn)等特點(diǎn)， 但 是存在設(shè)備腐蝕、環(huán)境污染嚴(yán)重、產(chǎn)品后處理困難等問題， 國外已基本廢除此法。中國仍有個(gè)別廠家使用該工藝生產(chǎn) DME ，并在使用過程中對工藝有所改進(jìn)。2.2.2 氣相甲醇脫水法制 DME 氣相甲醇脫水法是甲

5、醇蒸氣通過分子篩催化劑催化脫 水制得 DME 。該工藝特點(diǎn)是操作簡單，自動化程度較高， 少量廢水廢氣排放， 排放物低于國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。該 技術(shù)生產(chǎn)DME采用固體催化劑催化劑，反應(yīng)溫度200C,甲醇轉(zhuǎn)化率達(dá)到 75% 85%， DME 選擇性大于 98%，產(chǎn)品 DME質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.9%，甲醇制二甲醚的工藝生產(chǎn)過程包括 甲醇加熱、蒸發(fā)，甲醇脫水，甲醚冷卻、冷凝及粗醚精餾， 該法是目前國內(nèi)外主要的生產(chǎn)方法。3. 技術(shù)分析3.1 反應(yīng)原理反應(yīng)方程式：2CH3OH (CH3) 2O+H2O ; HR (250C) =-11770KJ/kmol3.2反應(yīng)條件本過程采用連續(xù)操作，反應(yīng)條件：溫度T=250

6、0C 3700C，反應(yīng)壓力P=13.9bar，反應(yīng)在絕熱條件下進(jìn)行。3.3反應(yīng)選擇性和轉(zhuǎn)化率選擇性：該反應(yīng)為催化脫水。在400 C以下時(shí)，該反應(yīng)過程為單一、不可逆、無副產(chǎn)品的反應(yīng)，選擇性為100%。轉(zhuǎn)化率：反應(yīng)為氣相反應(yīng)，甲醇的轉(zhuǎn)化率在 80%。3.4分離工藝 從反應(yīng)器中出來的氣體含有二甲醚、未反應(yīng)的甲醇、水 等物質(zhì)，它們都是以氣體形式存在。在進(jìn)入分離塔之前，要 將氣體冷卻成液體或者氣液兩相共存。三組分的混合體系， 至少采用兩個(gè)簡單精餾塔，即一個(gè)二甲醚塔和一個(gè)甲醇回收 塔來將三種物質(zhì)分離 3 。4. 流程敘述經(jīng)原料庫來的新鮮甲醇經(jīng)往復(fù)泵 P-201 升壓和未完全反 應(yīng)的甲醇循環(huán)物流相混合進(jìn)入甲

7、醇預(yù)熱器 E-201 ，用低壓蒸 汽加熱到154C,經(jīng)過反應(yīng)器冷卻器 E-202換熱到250C進(jìn)入 反應(yīng)器R-201進(jìn)行絕熱反應(yīng)，反應(yīng)器溫度為250-370 C之間， 反應(yīng)器出口混合物經(jīng)過反應(yīng)器冷卻器E-202、DME 冷卻器E-203，最后進(jìn)入DME分離塔T-201進(jìn)行分離，塔頂?shù)玫郊?度為99.5wt%的產(chǎn)品二甲醚，塔底甲醇和反應(yīng)生成的水的混 合物進(jìn)入甲醇回收塔 T-202 進(jìn)行分離。在 T-202 塔中將水和 甲醇分離，塔底得到廢水進(jìn)入廢水處理工序，塔頂?shù)玫降募?度為 99.3wt% 的甲醇循環(huán)使用。5. 惰氣對分離效果的影響 由于粗甲醚中含有少量不凝性氣體組分，如H2 ，N2，CO，C

8、H4，CO2，C2H4 ，C3H6 等，在精餾過程中不斷累積 在塔頂冷凝器中，當(dāng)不凝性氣體超過規(guī)定濃度，即使產(chǎn)品中 不含重組分甲醇和水， 產(chǎn)品中 DME 的純度也難達(dá)到 99.99% ， 為此，探討惰氣對分離效果的影響是十分必要的。這里向分離系統(tǒng)中加入惰性氣體 10kmol/hr ，各個(gè)組分摩 爾含量相同，如果條件不變，通過模擬表明，加入惰性氣體 會使分離難度增加，這時(shí)，為了保證塔操作穩(wěn)定，必須在塔 頂將惰氣采出，即將塔頂全凝器改成分凝器，這樣， DME 的采出位置就是一個(gè)操作變量。 這時(shí)，不僅要考慮理論板數(shù)、 進(jìn)料位置、回流比對分離效果的影響，還必須討論產(chǎn)品的采 出位置對分離效果的影響。6. 結(jié)論（1）將甲醇回收塔的壓力降低到常壓，從而使塔頂塔 底的溫度都有所降低，這樣塔底就可以采用低壓蒸汽來對其 加熱，通過后面的換熱網(wǎng)絡(luò)合成，甲醇回收塔的塔底再沸器 實(shí)際上可以通過工藝物流換熱來達(dá)到，從而節(jié)約了公用工程 消耗量。（2）通過對 DME 精餾塔和甲醇回收塔的操作條件進(jìn)行 優(yōu)化，減少了塔的理論板數(shù)，減少了設(shè)備投資；降低了塔的 回流比和操作壓力，從而降低公用工程消耗和溫位，進(jìn)而降 低操作費(fèi)用。（3）討論了工業(yè)生產(chǎn)中存在的惰氣對塔的分離效果的 影響，提出了相應(yīng)的改造措施。（4）提出具體的換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)的合成，通過核算可節(jié)約熱公用工程52%左右， 節(jié)約冷公用工程 45%左右