二甲醚工廠的設(shè)計(jì)說明

1、. . . . 二甲醚工廠的設(shè)計(jì)前言近年來，由于石油資源短缺 、煤炭資源豐富與人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，二甲醚作為從煤轉(zhuǎn)化成的清潔燃料而日益受到重視，成為近年來國外競(jìng)相開發(fā)的性能優(yōu)越的碳一化工產(chǎn)品。 作為LPG和石油類的替代燃料，二甲醚是具有與LPG的物理性質(zhì)相類似的化學(xué)品，在燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生破壞環(huán)境的氣體，能便宜而大量地生產(chǎn)。與甲烷一樣，被期望成為21世紀(jì)的能源之一。二甲醚特有的理化性能奠定了其在國際、國市場(chǎng)上的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)地位。二甲醚未來主要用于替代汽車燃油、石油液化氣、城市煤氣等，市場(chǎng)前景極為廣闊，是目前國際、國優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。2002年我國LPG的表觀消費(fèi)量為1620萬噸，同時(shí)中國自1990年開始

2、大量進(jìn)口LPG，2002年LPG進(jìn)口量為626萬噸。如果二甲醚的價(jià)格合適，假設(shè)二甲醚替代進(jìn)口的LPG，以目前的進(jìn)口量計(jì)算，需要燃料級(jí)二甲醚約1000萬噸。對(duì)開發(fā)二甲醚作為新型清潔能源，國家給予很大的政策鼓勵(lì)。2007年7月1日，財(cái)政部和國家稅務(wù)總局發(fā)布關(guān)于二甲醚增值稅適用稅率問題的通知，宣布自2008年7月1日起，我國將二甲醚增值稅稅率由17%下調(diào)為13%。此次二甲醚增值稅稅率下調(diào)，使二甲醚與液化氣之間的價(jià)差進(jìn)一步增大，從而有利于提升下游的購買熱情。我國的能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀是“富煤、貧油、少氣”，因此以煤制二甲醚發(fā)展替代能源優(yōu)勢(shì)明顯。根據(jù)行業(yè)專家的測(cè)算，以目前的煤炭成本，制作二甲醚系列產(chǎn)品具有極大的

3、成本優(yōu)勢(shì)，因而二甲醚將作為一種新能源逐漸走向前臺(tái)。綜上所述，二甲醚是一個(gè)具有發(fā)展前景的新興產(chǎn)業(yè)，它對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，環(huán)境保護(hù)都具有十分重要意義。 建立以二甲醚為中心的能源系統(tǒng)，當(dāng)前面臨的最大挑戰(zhàn)是開發(fā)高效低廉的二甲醚生產(chǎn)技術(shù)，積極吸收與開發(fā)新技術(shù)，降低成本，同時(shí)加大宣傳與推廣力度，將其納入發(fā)展綠色能源、解決能源安全問題的重要課題，并給于政策支持，為我國加快可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略實(shí)施提供新途徑，使這一新的清潔能源盡快產(chǎn)業(yè)化。本設(shè)計(jì)利用了目前最有工業(yè)應(yīng)用前景的合成氣一步法合成二甲醚，原料由位于市的聯(lián)合化工總廠供應(yīng)。本設(shè)計(jì)的生產(chǎn)規(guī)模定位在年產(chǎn)10萬噸，主要是為了從該規(guī)模的生產(chǎn)中

4、合成氣一步法制備二甲醚的優(yōu)勢(shì)，并從中探索出合成氣一步法大規(guī)模工業(yè)化的技術(shù)目錄一、設(shè)計(jì)背景1.1 產(chǎn)品概述1.2 生產(chǎn)能力分析1.3 國外發(fā)展概況1.4 產(chǎn)品市場(chǎng)預(yù)測(cè)與發(fā)展前景分析二、廠址選擇 （選做）三、生產(chǎn)工藝3.1 工藝方案的選擇與論證3.2 設(shè)計(jì)工藝簡(jiǎn)介3.3 工藝流程圖四、工藝流程計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與設(shè)備選型4.1 Aspen流程模擬4.2物料衡算4.3熱量衡算4.4換熱器、精餾塔與反應(yīng)釜等主要設(shè)備的設(shè)計(jì)選型（選一樣）4.5 主要生產(chǎn)車間的設(shè)計(jì)與布置（繪制平、立面布置圖）五、項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益分析附錄一：主體車間設(shè)備布置平面圖附錄二：主體車間設(shè)備布置立面圖1設(shè)計(jì)背景1.1產(chǎn)品概述1.1.1二甲醚

5、的特性DME的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為 CH3OCH3，不含CC鍵，其氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34.8%，具有輕微的醚香味。在空氣中長期暴露不會(huì)形成過氧化物。能溶于水、甲醇和乙醇等溶劑，但不會(huì)腐蝕金屬。DME毒性很低，蒸氣有刺激和麻醉作用。DME的半衰期較短，極易在對(duì)流層降解為CO2和H2O，在光化學(xué)反應(yīng)中，不會(huì)產(chǎn)生甲醛，對(duì)大氣臭氧層無破壞作用和無溫室效應(yīng)。因此，二甲醚具有惰性、無腐蝕性、無致癌性、幾乎無毒。常溫常壓下為無色可燃性氣體，加壓到0.50.6 MPa可變?yōu)橐后w，DME的飽和蒸氣壓低于液化氣，37.8 時(shí)，1380 kPa，適于貯存、運(yùn)輸，并且燃燒性能好，熱效率高，燃燒過程無殘?jiān)?、無黑煙、CO、NO排量低，

6、二甲醚還可以摻入液化氣、煤氣或天然氣混燒并能提高熱量，純度高于95%的二甲醚可替代液化氣作燃料。從燃料特性上看二甲醚完全可替代柴油和液化石油氣(LPG)，但卻不會(huì)像石油基燃料那樣排放大量的環(huán)境有害物質(zhì)，因此二甲醚屬環(huán)境友好燃料。1.1.2二甲醚的用途二甲醚由于特有的分子結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，因此廣泛應(yīng)用于化工、農(nóng)藥、日用化工和制冷等領(lǐng)域，用于制造噴霧油漆、殺蟲劑、空氣清香劑、發(fā)膠、防銹劑和潤滑劑等。二甲醚主要用作烷基化劑、溶劑和優(yōu)良的氣霧推進(jìn)劑，可取代氟里昂，成為理想的制冷劑。甲醇和二甲醚按一定比例配制的新型醇醚燃料，燃燒效率和熱效率均高于液化氣，具有較大的應(yīng)用潛力8。(1) 燃料 替代LPG作民用

7、燃料由于DME具有與LPG相似的物理性質(zhì)，同時(shí)又具有完全燃燒、污染物少等特點(diǎn)而且儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用比液化石油氣安全，在中國作為新型清潔民用燃料，彌補(bǔ)市場(chǎng)上LPG的不足，并在廣大小城鎮(zhèn)沒有用上LPG的居民中使用，具有很大的市場(chǎng)9。 替代柴油作車用燃料二甲醚的十六烷值高，為5060，是柴油機(jī)的理想燃料。二甲醚減壓后呈氣態(tài)，汽車使用不存在冷起動(dòng)問題。純度為93%的二甲醚可直接作為替代液化氣的燃料使用，而純度為97%時(shí)即可直接替代柴油作為車用燃料，使用二甲醚作燃料，汽車尾氣不需要催化轉(zhuǎn)化處理。研究表明，DME發(fā)動(dòng)機(jī)的功率高于柴油機(jī)，可降低噪音，實(shí)現(xiàn)無煙燃燒，其尾氣排放能達(dá)到歐洲和美國加州超低排放標(biāo)準(zhǔn)，是

8、理想的柴油代用燃料。二甲醚機(jī)動(dòng)車燃料和柴油燃料的特性比較如表1-1所示。表1-1 二甲醚和柴油的主要物理特性比較名稱二甲醚柴油化學(xué)式CH3-O-CH3CXHY分子重量46.07190220沸點(diǎn)()-24.9180360續(xù)表1-1 二甲醚和柴油的主要物理特性比較名 稱二甲醚柴油化學(xué)式CH3-O-CH3CXHY分子重量46.07190220沸點(diǎn)()-24.9180360液體密度(g/cm3)0.6610.84理論空氣燃料比率9.014.6十六烷值55604055蒸氣化潛熱(kJ/kg)460290低熱值 MJ/kg28.8442.5自燃溫度()235250粘結(jié)性(cp)0.154454碳(%)52

9、.286.0氫(%)13.014.0氧(%)34.80二甲醚經(jīng)研究指出，二甲醚作為馬達(dá)機(jī)動(dòng)車燃料使它成為一種代替柴油的理想的新型燃料，因?yàn)椋?a) 二甲醚的十六烷值比柴油高(5560)；(b) 自燃溫度低；(c) 在燃燒期間產(chǎn)生的碳質(zhì)煙霧排放物極少；(d) 對(duì)金屬無腐蝕；(e) 在用于石油燃燒系統(tǒng)時(shí)，無需專門的材料要求；(f) 具有高能量，低噪音，而且在燃燒時(shí)無顆粒釋放物，因此二甲醚可以滿足柴油機(jī)的環(huán)保要求。(2) 發(fā)電廠的燃料替代品用二甲醚發(fā)電，800 ktPa 二甲醚可供一個(gè)裝機(jī)400MW 電廠的燃料需求。(3) 替代氟氯烴作氣霧劑以前氣霧劑產(chǎn)品大量使用氟氯烷作拋射劑(推進(jìn)劑)，由于使用時(shí)

10、氟氯烷全部釋放到大氣，對(duì)大氣臭氧層造成嚴(yán)重破壞，從而影響人類健康、動(dòng)植物生長和地球生態(tài)環(huán)境，因此，世界各國都在致力于尋找氟氯烷的替代品。1995年發(fā)達(dá)國家已經(jīng)禁止使用氯氟烴作為氣霧劑，發(fā)展中國家也已在2005年停止使用氯氟烴，我國從1998年起禁止氣霧劑中使用氟氯烷（醫(yī)療用品除外）作拋射劑，氟氯烷的替代品現(xiàn)有LPG、DME、壓縮氣(CO2、N2、N2O)、氫氯氟碳(HCFC)、氫氟碳(HFC)。DME物理性質(zhì)與氟利昂相似，作為氟氯烴的替代物用作氣霧劑，具有不污染環(huán)境、不破壞臭氧層、良好的相容性、毒性微弱等優(yōu)點(diǎn)，在氣霧劑工業(yè)中的應(yīng)用正以其良好的性能與相對(duì)較好的安全性能逐步替代壓縮氣體、氟里昂與丙

11、(丁)烷氣，成為第四代拋射劑的主體。(4) 替代氟氯烴制冷劑二甲醚的沸點(diǎn)較低，氣化熱大，氣化效果好，其冷凝和蒸發(fā)特性接近氯氟烴，二甲醚將是替代氯氟烴制冷劑的主要品種之一，保護(hù)了大氣臭氧層。以二甲醚為基礎(chǔ)原料配制的環(huán)保制冷劑，具有無毒無害、安全可靠、化學(xué)性能穩(wěn)定、單位容積制冷量大、流動(dòng)阻力小、在常溫和低溫圍壓力適中、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有前景的氟利昂長期性替代物。(5) 替代溶解乙炔作金屬切割劑與焊接劑以DME為母體的新型切割或焊接用燃?xì)饪梢匀δ芴娲芙庖胰?具有切割焊接效果好、原材料損耗少、環(huán)保又節(jié)能、省工、成本低等優(yōu)點(diǎn)。(6) 化工原料二甲醚是一種有機(jī)中間產(chǎn)物，可以羰基化制乙酸甲酯、乙

12、酐，制醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料，用作烷基化劑與苯胺反應(yīng)生成N，N-二甲基苯胺10，與CO2反應(yīng)生成甲氧基乙酸，與硫酸生成硫酸二甲酯，與氰化氫反應(yīng)成腈，二甲醚合成低碳烯烴的研究正成為國外研究的熱點(diǎn)。二甲醚還可以進(jìn)一步制取碳酸二甲酯、乙炔、丙烯等。(7) 其它用途二甲醚還可用作聚苯乙烯、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)品具有孔徑大小均勻并有良好抗裂性等優(yōu)點(diǎn)11。1.2 生產(chǎn)能力分析本設(shè)計(jì)為新建生產(chǎn)能力為10萬噸/年的燃料二甲醚廠，運(yùn)用合成氣一步法工藝實(shí)現(xiàn)二甲醚的合成。原料合成氣由聯(lián)合總廠通過管道運(yùn)輸直接供給。本設(shè)計(jì)以生產(chǎn)燃料二甲醚為主要產(chǎn)品，副產(chǎn)品為二氧化碳。年產(chǎn)二甲醚10萬噸，副產(chǎn)二氧化

13、碳7萬噸，年工作8000h，四班三運(yùn)轉(zhuǎn)。1.3 國外發(fā)展概況1.3.1國發(fā)展概況二甲醚作為煤化工的產(chǎn)物，可以用來與液化石油氣或柴油摻燒，在民用燃料、柴油替代等方面有很大的市場(chǎng)前景。二甲醚產(chǎn)業(yè)還具備原材料多樣、國技術(shù)成熟等優(yōu)勢(shì)，在國際原油價(jià)格高企的背景下，近幾年的發(fā)展呈直線上升之勢(shì)。2006年，我國二甲醚年產(chǎn)能為44.5 萬噸，而2007年，這一數(shù)字暴增了394%，達(dá)到220萬噸，預(yù)計(jì)到2008年我國二甲醚年產(chǎn)能將達(dá)到436萬噸12。我國主要的DME生產(chǎn)企業(yè)情況如表1-2所示。目前DME的消費(fèi)主要集中在氣霧劑、化學(xué)品中間體以與燃料等方面。DME的發(fā)展今后主要是在集中民用燃料、車用燃料等方面。(1

14、) DME替代LPG作民用燃料隨著我國人口不斷增長與城鎮(zhèn)人口的發(fā)展，LPG消費(fèi)量將不斷增長，LPG消費(fèi)量己從1997年的10097 kt增至2004年的20970 kt。但國LPG增產(chǎn)能力有限，1/3的LPG依賴進(jìn)口，2004年LPG 進(jìn)口量為638萬t，2005年進(jìn)口量達(dá)到614.12 萬t，2006年達(dá)到535萬t，已經(jīng)成為僅次于日本的第二大LPG進(jìn)口國。如果用DME替代LPG，僅取代進(jìn)口一項(xiàng)，估計(jì)到2010年需要替代LPG的燃料級(jí)DME達(dá)1500 萬t13。據(jù)悉，二甲醚作為民用燃料，在中、小城鎮(zhèn)和廣大農(nóng)村有廣闊的市場(chǎng)前景，目前已經(jīng)開始在、等地區(qū)逐步推廣使用。2007年，民用燃料二甲醚消費(fèi)

15、量約100 萬t，占二甲醚總消費(fèi)量的94%14。表1-2 我國主要的DME生產(chǎn)企業(yè)情況企業(yè)名稱生產(chǎn)能力/kt/a生產(chǎn)方法投產(chǎn)日期精細(xì)化工實(shí)業(yè)5氣相催化脫水1994年久泰化工科技50液相催化脫水2003年80液相催化脫水2005年解化集團(tuán)5氣相催化脫水2004年天然氣化工集團(tuán)公司10氣相催化脫水2004年焦化5氣相催化脫水2006年渭化集團(tuán)公司10氣相催化脫水2006年新奧燃?xì)夤?0氣相催化脫水2006年金鼎化工10氣相催化脫水2006年伊高化學(xué)20氣相催化脫水2006年豐喜集團(tuán)公司10氣相催化脫水2006年田田化工10氣相催化脫水2007年滇中化工廠20氣相催化脫水2007年潛江華潤化肥25

16、氣相催化脫水2007年渭河化工科技50氣相催化脫水2007年(2) DME替代車用燃料目前我國每年耗用的柴油已達(dá)1億t左右，其中40%50%是用于交通車船上，供需矛盾較大。如果按年增長5%預(yù)測(cè)，到2010年柴油消費(fèi)量將達(dá)到大約13792萬t，以替代10%的柴油來估算，并按1.41t的DME和1t的柴油發(fā)熱量一樣考慮，則替代柴油所需要的燃料級(jí)DME約為1945萬t?？梢?，在未來510 a，DME用作汽車燃料有難以估量的潛在市場(chǎng)，市場(chǎng)前景樂觀。據(jù)中國證券報(bào)，在2010年前，我國將主要在城市公交系統(tǒng)中少量使用二甲醚燃料。其中市2007年首批10輛二甲醚公交車上路，并建設(shè)了首個(gè)二甲醚加氣站。2008年

17、將開通100輛，2010年達(dá)到1000輛二甲醚公交車的規(guī)劃目標(biāo)。1.3.2國外發(fā)展概況國外大規(guī)模生產(chǎn)二甲醚始于1966年，當(dāng)時(shí)德國聯(lián)合發(fā)動(dòng)機(jī)燃料公司(Union Kraftstaff GmbH)應(yīng)荷蘭Acrofakobr噴霧劑制造公司要求生產(chǎn)高純二甲醚以用于發(fā)膠行業(yè)。而美國Mobil公司與意大利ESSO公司則在1965年就研究開發(fā)甲醇脫水制二甲醚的生產(chǎn)方法并申請(qǐng)專利。美國、德國、日本、法國等二甲醚的年產(chǎn)量超過10萬t，其中約有70用于氣溶膠生產(chǎn)，其它用于中間體生產(chǎn)。1995年全球二甲醚生產(chǎn)能力為150kt/a，產(chǎn)量為100kt，2000年能力為200kt/a以上，產(chǎn)量為150kt。目前的能力不

18、少于210kt/a，產(chǎn)量約170kt。目前，世界二甲醚的生產(chǎn)能力為每年170,000噸，產(chǎn)量每年150,000噸。亞太地區(qū)二甲醚的生產(chǎn)能力為55,000噸(占全球產(chǎn)能的32.3%)，產(chǎn)量為42,000噸(占全球產(chǎn)量的28%)。中國的生產(chǎn)能力為22,000噸/年。大部分二甲醚作為空氣推進(jìn)劑。目前世界上生產(chǎn)的二甲醚幾乎都是用天然氣合成的。二甲醚生產(chǎn)廠與各國的生產(chǎn)能力如表1-3所示。表2-3 世界二甲醚生產(chǎn)能力(2001年)公司名稱生產(chǎn)能力(公噸/年)殼牌/RWE公司（德國）60,000Hamburg 二甲醚公司（德國）10,000Arkosue 公司（荷蘭）10,000Dupont （美國）15,

19、000澳大利亞10,00015,000日本10,000中國22,000總產(chǎn)量152,000另外，一些項(xiàng)目正在開發(fā)過程中，日本公司和政府正在對(duì)世界上的幾個(gè)二甲醚項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)可行性研究。Mtsubishi氣體化學(xué)公司正在對(duì)澳大利亞西部的150萬噸/年的二甲醚廠和200萬噸/年的甲醇廠進(jìn)行預(yù)可行性研究，該廠將于2005年正式投產(chǎn)。生產(chǎn)的二甲醚將用于發(fā)電和作為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料。日本還正在對(duì)卡塔爾、印度尼西亞和澳大利亞的規(guī)模為25004000噸/天的工廠(JFE公司研究)、伊朗和印度尼西亞的7000噸/天的工廠進(jìn)行研究。由于二甲醚的市場(chǎng)需求潛力十分巨大，在世界圍，二甲醚的建設(shè)已經(jīng)成為熱點(diǎn)，一些大型二甲醚裝

20、置已在籌建之中。二甲醚開發(fā)公司(由道達(dá)爾菲納埃爾夫公司和日本8家公司組成的財(cái)團(tuán))計(jì)劃建設(shè)能力為2500噸/天的商業(yè)化二甲醚裝置。日本東洋工程公司完成了在中東建設(shè)單系列250萬噸/年二甲醚裝置的可行性驗(yàn)證，該裝置于20052006年建成。BP公司、印度天然氣管理局、印度石油公司將投資6億美元建設(shè)180萬噸/年商業(yè)化二甲醚生產(chǎn)廠，用以替代石腦油、柴油和LPG，建設(shè)工作已于2002年開始，定于2004年投產(chǎn)。目前世界上二甲醚的生產(chǎn)主要集中在美、德、荷蘭和日本等國，2002年世界(不包括中國，下同)總生產(chǎn)能力為20.8萬噸/年，產(chǎn)量為15萬噸，開工率為72%。國外二甲醚的主要生產(chǎn)廠家有美國Dopnt公

21、司、荷蘭AKZO公司、德國DEA公司和United Rhine Lignite Fuel公司等，其中德國DEA公司的生產(chǎn)能力最大，生產(chǎn)能力為6.5萬噸年。世界上二甲醚的主要生產(chǎn)廠家如表1-4所示。表1-4 世界二甲醚的主要生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廠家生產(chǎn)能力 (萬噸/年)Dopnt (美國)3.0DEA （德國）6.5United Rhine Lignite Fuel (德國)3.0AKZO （荷蘭）3.0CSR（澳大利亞）1.0Mitsui toatsu (日本)0.5續(xù)表2-4 世界二甲醚的主要生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廠家生產(chǎn)能力 (萬噸/年)Kang Sheng (日本)1.8NKK （日本）1.0合計(jì)20.8

22、1.4 產(chǎn)品市場(chǎng)預(yù)測(cè)與發(fā)展前景分析我國正處于工業(yè)化，城市化進(jìn)程之中，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)能源特別是石油的需求越來越大，石油供需矛盾已成為制約國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大瓶頸。自1993年我國開始成為石油凈進(jìn)口國以來，國石油消費(fèi)量年均增長超過7%，而國原油產(chǎn)量年均增長不足2%。我國已成為了世界第二大石油進(jìn)口國。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國對(duì)于石油的需求有增無減，據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)顯示，到2010年，我國石油需求將達(dá)3.75 億噸，到2020年，將達(dá)到5.03 億噸，而我國石油的產(chǎn)量2020年將保持在2 億噸左右，石油消耗將達(dá)4.5 到5.1 億噸，進(jìn)口石油依存度將達(dá)55%以上15。表1-5 中國LPG的

23、需求和進(jìn)口量年LPG需求量（噸）LPG進(jìn)口量（噸）1979210,00001985547,000019901,428,000117,000200013,427,0004,818,000200522,200,00011,400,000201029,700,000不詳尋找可替代石油的能源二甲醚，改變我國貧油少氣多煤的能源現(xiàn)狀，是中國的能源國情。按照中國化工網(wǎng)行情中心的預(yù)測(cè)，我國二甲醚年產(chǎn)能2008 年將達(dá)到436 萬噸，2010 年將再增240%，達(dá)到1484 萬噸。DME的發(fā)展今后主要是在集中民用燃料、車用燃料等方面。在民用燃料方面，純度高于95%的二甲醚可替代液化氣作燃料二甲醚液化燃?xì)獾陌踩?/p>

24、清潔，已越來越受到青睞。2007年，民用燃料二甲醚消費(fèi)量約100 萬噸，占二甲醚總消費(fèi)量的94%，估計(jì)到2010年需要替代LPG的燃料級(jí)DME達(dá)1500萬噸，因此二甲醚液化氣市場(chǎng)前景十分廣闊。在車用燃料方面，將二甲醚加進(jìn)汽(柴) 油中，可提高油品的辛烷值(十六烷值)，具有明顯的燃燒經(jīng)濟(jì)性。不僅改善車輛的冷啟動(dòng)性和加速性能,而且還降低尾氣排放。據(jù)悉預(yù)計(jì)到2010年柴油消費(fèi)量將達(dá)到大約13792萬噸，按對(duì)柴油的替代率為5%計(jì)算則替代柴油所需要的燃料級(jí)DME約為1945萬噸。目前世界上，50%的二甲醚用做氣霧劑，約35%用來生產(chǎn)硫酸二甲酯，15%的作為燃料和其他用途，預(yù)計(jì)到2010年,氣霧劑行業(yè)的需

25、求量約3×104 t/a；化工應(yīng)用、制冷劑、發(fā)泡劑等領(lǐng)域約需DME 2×104 t/a。前幾年，我國汽油、柴油價(jià)格比二甲醚低，所以二甲醚主要用于工業(yè)領(lǐng)域。但近來國際石油價(jià)格屢屢突破100美元大關(guān)，專家預(yù)測(cè)高油價(jià)意味著后石油時(shí)代的到來。在這樣的背景下，二甲醚的價(jià)格優(yōu)勢(shì)和替代能源的作用逐漸顯現(xiàn)出來。目前，二甲醚每噸價(jià)格平均比柴油低二三百元，比液化氣平均低七八百元。再加上二甲醚的環(huán)保、安全性能，在車用、民用領(lǐng)域推廣使用前景看好。根據(jù)興業(yè)證券研發(fā)中心調(diào)查顯示，近期二甲醚的價(jià)格走勢(shì)如下圖所示：圖1.1 國二甲醚價(jià)格走勢(shì)（07年7月08年3月）由上圖可見，而從07年8月開始，二甲醚價(jià)格

26、普遍開始上漲，約在5300元/噸。近幾個(gè)月來，二甲醚價(jià)格走勢(shì)較為穩(wěn)定，市場(chǎng)前景較好。二甲醚作為初級(jí)化工原料與化工中間體，雖然利潤高，經(jīng)濟(jì)效益好，但受市場(chǎng)需求的制約，目前還不可能成為二甲醚的大市場(chǎng)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，石油消耗不斷增加，柴油需求量也有較快的增長。而我國又是一個(gè)石油貯量相對(duì)貧乏，煤炭資源十分豐富的國家，煤炭的開采年限比石油長得多，利用好豐富的煤炭資源，將其轉(zhuǎn)化為潔凈燃料，以替代石油產(chǎn)品，是本項(xiàng)目主要的市場(chǎng)定位。因此，本項(xiàng)目除了在化工原料市場(chǎng)加大下游產(chǎn)品的開發(fā)力度外，二甲醚的銷售市場(chǎng)應(yīng)主要立足于燃料市場(chǎng)，這是一個(gè)廣闊而巨大的潛在市場(chǎng)。2廠址選擇本設(shè)計(jì)擬建的工廠選址在省東營市，原料，燃

27、料供應(yīng)和產(chǎn)品銷售便利，廠址有充足的生產(chǎn)用水供應(yīng)，同時(shí)有著便利的交通，有一定的水、陸運(yùn)出能力以保證工廠的運(yùn)輸要求。2.1地理位置東營市是萬里黃河入海的地方，是國最年輕的城市，是黃河三角洲的中心城市，是黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的主戰(zhàn)場(chǎng)和核心區(qū)域。東營市地理位置為北緯36°5538°10，東經(jīng)118°07 119°10。東、北臨渤海，西與濱州市毗鄰，南與市、濰坊市接壤。南北最大縱距123公里，東西最大橫距74公里，總面積7923平方公里。2.2自然條件2.2.1自然資源東營市不僅“人杰”而且“地靈”。黃河三角洲資源豐富，素有“金三角”之稱。至2002年底，勝利

28、油田共發(fā)現(xiàn)油田69個(gè)，氣田2個(gè)，探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量42.9億噸；探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量382.4億立方米；投入開發(fā)油田67個(gè)，動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量35.3億噸，動(dòng)用程度82.3 %。共有油井2萬多口，累計(jì)生產(chǎn)原油7.7億噸，生產(chǎn)天然氣349.88億立方米。沿海淺層鹵水儲(chǔ)量2億多立方米，深層鹽礦、鹵水資源主要分布在東營凹陷地帶，推算儲(chǔ)量達(dá)1000多億噸。煤的發(fā)育面積約630平方公里，主要分布于廣饒縣東北部、河口區(qū)西部，尚未開發(fā)利用。地?zé)豳Y源主要分布在渤海灣南新戶、太平、義和、孤島、五號(hào)樁地區(qū)與廣饒、利津部分地區(qū)，地?zé)岙惓^(qū)1150平方公里。土地資源豐富，人均土地6?85畝，是省人均土地的2?6倍；并且黃河以其

29、獨(dú)特的“填海造陸”功能，不斷為東營市營造新的陸地。生物資源中，木本植物44科，79屬，179種（含變種）；浮游植物116種，蕨類植物4種；畜禽類約11科20余種40多個(gè)品種；鳥類48科270種，其中國家一類保護(hù)鳥類7種，二級(jí)保護(hù)鳥類33種；水生動(dòng)物有641種，其中有淡水魚類108種、海洋魚類85種，有“百魚之鄉(xiāng)”之稱 。2.2.2地形地貌本廠建于東營市勝利工業(yè)園區(qū)，在工業(yè)園區(qū)圍地勢(shì)較為平坦，高差較小。2.2.3氣象條件東營市地處中緯度，背陸面海，受亞歐大陸和西太平洋共同影響，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，氣候溫和，四季分明。春季回暖快，降水少，風(fēng)速大，氣候干燥，有“十春九旱”的特點(diǎn)；夏季氣溫高，溫度

30、大，降水集中，有時(shí)受臺(tái)風(fēng)侵襲；秋季氣溫急降，雨量驟減，秋高氣爽；冬季雨雪稀少，寒冷干燥。2.2.4交通運(yùn)輸東營公路縱橫貫通，交織成網(wǎng)。全市公路通車?yán)锍?913.4公里，公路密度每百平方公里39公里，居中國沿海城市前列。10條干線公路以東營黃河大橋?yàn)闃屑~，南與濟(jì)青高速公路相連，北通、，是膠東半島和魯區(qū)進(jìn)入京津的必經(jīng)之地。東營鐵路南接橫跨東西的膠濟(jì)鐵路，經(jīng)、與縱貫?zāi)媳钡木F路相連，列車由東營直發(fā)，交通十分便利。即將開工建設(shè)的德煙鐵路，縱貫東營全境，將與東營海港至的東鐵路相交，加速實(shí)現(xiàn)東營地區(qū)的海陸聯(lián)運(yùn)。東營港是黃河經(jīng)濟(jì)帶連接?xùn)|北亞最佳海陸通道中的樞紐。東營至海上滾裝運(yùn)輸航線已經(jīng)開通，3個(gè)3000

31、噸級(jí)泊位正在擴(kuò)建中，東營港將成為以石油、煤炭輸出為主，具有綜合功能的萬噸港。東營飛機(jī)場(chǎng)是國務(wù)院和中央軍委批準(zhǔn)的國家二級(jí)機(jī)場(chǎng)。每天有飛往，每周一、三、五、七有飛往，的班機(jī)。2.2.5水源黃河，東營段上起濱州界，自西南向東北貫穿東營市全境，在墾利縣東北部注入渤海，全長138公里。東營市海岸線北起順江溝河口，南至淄脈溝口，全長350.34公里，約占省海岸線的1/9，“0”米至岸線灘涂面積10.19萬公頃。負(fù)10米等深線以淺海面積4800平方公里。因此，東營市水源補(bǔ)給充足。2.2.6廠址周圍環(huán)境東營市毗鄰，等全國大型城市，二甲醚具有相當(dāng)廣泛的市場(chǎng)。2.2.7當(dāng)?shù)卣吒鶕?jù)東政發(fā)1999 55號(hào)文件，自2

32、000年1月1日起，東營市出臺(tái)了更加優(yōu)惠的招商引資政策，在稅收，用地等各方面給予最大優(yōu)惠。3生產(chǎn)工藝3.1 工藝方案的選擇與論證目前合成DME有以下幾種方法：（1）液相甲醇脫水法（2）氣相甲醇脫水法（3）合成氣一步法（4）CO2 加氫直接合成。（5）催化蒸餾法。其中前二種方法比較成熟，后三種方處于研究和工業(yè)放大階段。本設(shè)計(jì)采用氣相甲醇脫水法。下面對(duì)這幾種方法作以介紹。3.1.1 液相甲醇脫水法制二甲醚甲醇脫水制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(duì)DME純度要求不高的場(chǎng)合。其工藝具有反應(yīng)條件溫

33、和(130160) 、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(duì)工藝有所改進(jìn)。3.1.2 氣相甲醇脫水法制二甲醚氣相甲醇脫水法是甲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(jiǎn)單，自動(dòng)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200， 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

34、醇脫水，甲醚冷卻、冷凝與粗醚精餾，該法是目前國外主要的生產(chǎn)方法。3.1.3 合成氣一步法生產(chǎn)二甲醚合成氣法制DME 是在合成甲醇技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由合成氣經(jīng)漿態(tài)床反應(yīng)器一步合成DME，采用具有甲醇合成和甲醇脫水組分的雙功能催化劑。因此，甲醇合成催化劑和甲醇脫水催化劑的比例對(duì)DME 生成速度和選擇性有很大的影響，是其研究重點(diǎn)。其過程的主要反應(yīng)為：甲醇合成反應(yīng) （1）水煤氣變換反應(yīng)（2）甲醇脫水反應(yīng) （3）在該反應(yīng)體系中，由于甲醇合成反應(yīng)和脫水反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，使得甲醇一經(jīng)生成即被轉(zhuǎn)化為DME，從而打破了甲醇合成反應(yīng)的熱力學(xué)平衡限制，使CO轉(zhuǎn)化率比兩步反應(yīng)過程中單獨(dú)甲醇合成反應(yīng)有顯著提高。 由合

35、成氣直接合成DME，與甲醇?xì)庀嗝撍ㄏ啾?，具有流程短、投資省、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，而且可獲得較高的單程轉(zhuǎn)化率。合成氣法現(xiàn)多采用漿態(tài)床反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于移出反應(yīng)熱，易實(shí)現(xiàn)恒溫操作。它可直接利用CO含量高的煤基合成氣，還可在線卸載催化劑。因此, 漿態(tài)床合成氣法制DME具有誘人的前景，將是煤炭潔凈利用的重要途徑之一。合成氣法所用的合成氣可由煤、重油、渣油氣化與天然氣轉(zhuǎn)化制得，原料經(jīng)濟(jì)易得，因而該工藝可用于化肥和甲醇裝置適當(dāng)改造后生產(chǎn)DME，易形成較大規(guī)模生產(chǎn)；也可采用從化肥和甲醇生產(chǎn)裝置側(cè)線抽得合成氣的方法，適當(dāng)增加少量氣化能力，或減少甲醇和氨的生產(chǎn)能力，用以生產(chǎn)DME。但是，目前合成氣法制DME的

36、研究國仍處于工業(yè)放大階段，有上千噸級(jí)的成功的生產(chǎn)裝置，如煤化所、清華大學(xué)、大學(xué)催化劑研究所等都擁有這方面的技術(shù)?；锼?、化物所、化學(xué)研究所的催化劑均已申請(qǐng)了專利。清華大學(xué)加大了對(duì)漿態(tài)床DME合成技術(shù)的研究力度，正與企業(yè)合作進(jìn)行工業(yè)中試研究，在工業(yè)中試成功的基礎(chǔ)上，將建設(shè)萬噸級(jí)工業(yè)示裝置。3.1.4二氧化碳加氫直接合成二甲醚近年來，CO2加氫制含氧化合物的研究越來越受到人們的重視，有效地利用CO2，可減輕工業(yè)排放CO2對(duì)大氣的污染。CO2加氫制甲醇因受平衡的限制，CO2轉(zhuǎn)化率低，而CO2加氫制DME卻打破了CO2加氫生成甲醇的熱力學(xué)平衡限制。目前,世界上有不少國家正在開發(fā)CO2 加氫制DME的催

37、化劑和工藝，但都處于探索階段。日本Arokawa報(bào)道了在甲醇合成催化劑(CuO - ZnO - Al2O3)與固體酸組成的復(fù)合型催化劑上, CO2加氫制取甲醇和DME，在240 ，310 MPa的條件下, CO2轉(zhuǎn)化率可達(dá)到25 %，DME選擇性為55 %?；锼兄屏艘环N新型催化劑，CO2 轉(zhuǎn)化率為31.7 % ,DME選擇性為50 %。大學(xué)化學(xué)工程系用甲醇合成催化劑Cu - Zn - Al2O3和HZSM-5制備了CO2加氫制DME 的催化劑?；锼贑u-Zn-ZrO2/ HZSM-5雙功能催化劑上考察了CO2加氫制甲醇反應(yīng)的熱力學(xué)平衡。結(jié)果表明CO2加H2制DME不僅打破了CO2加氫制

38、甲醇反應(yīng)的熱力學(xué)平衡，明顯提高了CO2轉(zhuǎn)化率，而且還抑制了水氣逆轉(zhuǎn)換反應(yīng)的進(jìn)行，提高了DME選擇性。3.1.5 催化蒸餾法制二甲醚到目前為止, 只有石化公司研究院從事過這方面的研究工作。他們是以甲醇為原料, 用H2SO4 作催化劑, 通過催化蒸餾法合成二甲醚的。由于H2SO4具有強(qiáng)腐蝕性, 而且甲醇與水等同處于液相中, 因此, 該法的工業(yè)化前景一般。催化蒸餾工藝本身是一種比較先進(jìn)的合成工藝, 如果改用固體催化劑, 則其優(yōu)越性能得到較好的發(fā)揮。用催化蒸餾工藝可以開發(fā)兩種DME生產(chǎn)技術(shù)：一種是甲醇脫水生產(chǎn)DME，一種是合成氣一步法生產(chǎn)DME。從技術(shù)難度方面考慮, 第一種方法極易實(shí)現(xiàn)工業(yè)。3.1.6

39、 本設(shè)計(jì)采用的方法作為純粹的DME生產(chǎn)裝置而言，表1-3列出了3種不同生產(chǎn)工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。由表1 可以看出，由合成氣一步法制DME的生產(chǎn)成本遠(yuǎn)較硫酸法和甲醇脫水法為低，因而具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)性。但相對(duì)其它兩類方法，目前該方處于工業(yè)放大階段，規(guī)模比較小，另外，它對(duì)催化劑、反應(yīng)壓力要求高，產(chǎn)品的分離純度低，二甲醚選擇性低，這都是需要研究解決的問題。本設(shè)計(jì)采用汽相氣相甲醇脫水法制DME，相對(duì)液相法，氣相法具有操作簡(jiǎn)單, 自動(dòng)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)，DME選擇性和產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)該法也是目前國外生產(chǎn)DME的主要方法2。表1.1二甲醚各種生產(chǎn)方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

40、方法硫酸法氣相轉(zhuǎn)化法一步合成法催化劑硫酸固體酸催化劑多功能催化劑反應(yīng)溫度/130-160200-400250-300反應(yīng)壓力/MPa常壓0.1-1.53.5-6.0轉(zhuǎn)化率/-9075-8590二甲醚選擇性/>99>99>651000t/a投資/萬元280-320400-500700-800車間成本（元/噸）4500-48004600-48003400-3600二甲醚純度/99.699.9-9901.4 原料與產(chǎn)品規(guī)格原料：甲醇分子式: CH3OH,沸點(diǎn):64.7,外觀:無色透明液體重度: 810.0kg/m3 (0)含量: CH3OH >65.25%(wt), H2O&

41、gt;30.0%(wt),其他氣體<4.75%(wt)產(chǎn)品：二甲醚（DME）分子式:C2H6O, 沸點(diǎn):-24.9(101.3KPa), 重度:661kg/m3 (20),含量: DME >99.0%(wt), 有機(jī)輕組分<0.5%(wt),水< 0.3%(wt)1.5 設(shè)計(jì)規(guī)模每小時(shí)生產(chǎn)流線設(shè)計(jì)處理量為2000kmol CH3OH >65.25%(wt)，以80%的轉(zhuǎn)化率計(jì)算，每小時(shí)二甲醚的生產(chǎn)量為：N=（2000/2）*0.65*80%=520kmol按分子量46kg/kmol，一年生產(chǎn)日300天即一年7200小時(shí)計(jì)算得二甲醚的年生產(chǎn)能力為17萬t/年。這是設(shè)

42、計(jì)工程的一期工程生產(chǎn)規(guī)模。3.2 設(shè)計(jì)工藝簡(jiǎn)介甲醇?xì)庀嗝撍ㄊ悄壳皣馐褂米疃嗟腄ME工業(yè)生產(chǎn)方法，采取甲醇?xì)庀嗝撍ㄖ苽涠酌?，結(jié)合自身在反應(yīng)器上的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，并通過流程優(yōu)化，充分回收二甲醚反應(yīng)熱，降低蒸汽等公用工程消耗，甲醇?xì)庀嗝撍üに囈陨a(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)單、裝置投資少，二甲醚提純?nèi)菀椎葍?yōu)點(diǎn)成為目前二甲醚生產(chǎn)的主要方法。原料甲醇由進(jìn)料泵壓入混和器，經(jīng)由精餾塔精餾后，塔頂產(chǎn)品經(jīng)閃蒸槽回收甲醇并打入混和氣，其余輕組分回收至原廠生產(chǎn)甲醇用，塔底精甲醇由進(jìn)料泵增壓到0.9MPa左右，經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱到沸點(diǎn)，進(jìn)入氣化器被加熱氣化，并在進(jìn)/出料換熱器中同反應(yīng)器出料換熱，升溫至反應(yīng)溫度，便進(jìn)入反應(yīng)器中催化劑床

43、層，進(jìn)行氣相催化脫水反應(yīng)。繼而通過兩座精餾塔實(shí)現(xiàn)各組分的分離，獲得高純度二甲醚成品，同時(shí)回收甲醇盡入混和器。所得的不凝性尾氣可作為燃料，排放的含芳烴物質(zhì)的粗二甲醚亦可作為燃料，工藝水經(jīng)處理后可用作鍋爐或涼水塔的補(bǔ)充水。我們?cè)O(shè)計(jì)此流程的技術(shù)特點(diǎn)有：(1) 流程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)操作方便。流程主要包括甲醇汽化、二甲醚精餾和甲醇回收，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)過程容易控制。如有甲醇合成裝置，DME精餾塔釜出來的甲醇和水也可送至甲醇合成進(jìn)行甲醇回收。(2)催化劑層溫床小，副產(chǎn)物少。冷管型二甲醚反應(yīng)器采用連續(xù)換熱，兼具反應(yīng)與換熱雙重功能，反應(yīng)器管走氣、管外裝填催化劑，催化劑裝填系數(shù)大。催化劑層溫差小，甲醇轉(zhuǎn)化率高，副產(chǎn)物少

44、，噸產(chǎn)品甲醇消耗低。(3)進(jìn)塔溫度低、出塔溫度高，生產(chǎn)燃料級(jí)二甲醚反應(yīng)熱可替代蒸汽用于二甲醚再沸器加熱，蒸汽壓力等級(jí)要求低。均溫型反應(yīng)器進(jìn)口溫度170，比冷激、絕熱型反應(yīng)器要低的多，而反應(yīng)器出口溫度在300以上。反應(yīng)器出口氣體可先用來副產(chǎn)較高品位蒸汽或直接用于分離塔塔釜加熱，然后再預(yù)熱二甲醚反應(yīng)器入口氣體。甲醇汽化、甲醇回收采用 0.7MPa 蒸汽加熱即可，二甲醚裝置無需1.0MPa以上較高壓力蒸汽。(4)反應(yīng)熱回收充分，蒸汽消耗低。反應(yīng)熱除用于加熱入塔氣和預(yù)熱原料甲醇，還用于DME 或甲醇再沸器加熱，熱量利用充分，降低蒸汽和冷卻水消耗。(5) 反應(yīng)器技術(shù)采用帶分氣盒的單管折流式甲醇脫水反應(yīng)器

45、本反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)有：a、床層可設(shè)上絕熱層，床層溫度分布更為合理，尤其在上部床層需要迅速提溫時(shí)。 b、冷管結(jié)構(gòu)更為可靠。本結(jié)構(gòu)冷管膽分散成若干個(gè)冷管簇，各簇之間不受牽連，每冷管簇上、下行冷管間通過上部彎頭進(jìn)行熱補(bǔ)償，其結(jié)構(gòu)比雙環(huán)管式的單管折流上環(huán)管埋在觸媒的工況可靠得多。 c、省去了雙環(huán)管式單管折流冷管膽的引氣管與與其相關(guān)的蓋板填料函，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造與安裝件要求降低，且有效地避免了因觸媒筐蓋板上填料泄漏造成床層平面溫差大的事故，還易于更換件。 d、裝卸催化劑方便，床層阻力降較小。 （6）改性催化劑用于合成二甲醚的專用改性氧化鋁催化劑，該催化劑是在普通-Al2O3中加入硫酸鹽對(duì)-Al2O3改性，這種

46、改性-Al2O3催化劑具有適宜的酸性，用于甲醇脫水制備二甲醚反應(yīng)在較低溫度下即可獲得高的轉(zhuǎn)化率和選擇性，并且在較高溫度下可以避免積碳。1、甲醇脫水轉(zhuǎn)化率88%，2、催化劑使用壽命長，在1年以上。3、二甲醚選擇性99%（7）二甲醚精餾技術(shù)精餾塔件采用絲網(wǎng)波紋填料和液體分布器，具有比表面積大，液體均布能力強(qiáng)，塔體阻力小，傳質(zhì)、傳熱效率高的特點(diǎn)。3.3 工藝流程圖圖3.1 二甲醚合成工藝流程框圖4工藝流程計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)與設(shè)備選型4.1 Aspen流程模擬本設(shè)計(jì)采用Aspen化工軟件對(duì)甲醇合成部分進(jìn)行流程模擬和計(jì)算。圖2.2 二甲醚合成工藝流程模擬計(jì)算圖模擬結(jié)果如下表：表2.1物料流程中各段詳細(xì)參數(shù)1

47、234Temperature C44.944.493.2117.8Pressure bar0.760.766.006.4Vapor Frac0.0760.0710.000.00Mole Flow kmol/hr17001789.642178.9421610.678Mass Flow kg/hr45832.852948704.9954397.1174144307.8776Volume Flow cum/hr4523.914254490.6375.450536260.1295215Enthalpy MMkcal/hr-98.630263-103.72737-8.5285028-94.428004M

48、ole Flow kmol/hrCO0.940.9410.941CO25.5425.6265.620H233.55933.56333.563CH422.60522.66522.665N27.537.5377.537CH4O1109.2741198.764108.6381090.127H2O520.551520.551<0.001520.551C2H6O5678Temperature C3030150200Pressure bar1.0131.0139.09.0Vapor Frac0.001.01.01.0Mole Flow kmol/hr89.641615589.32252081610.

49、677451610.67745Mass Flow kg/hr2872.142191524.9743244307.877644307.8776Volume Flow cum/hr3.651303722221.923946296.332777040.31632Enthalpy MMkcal/hr-5.0971118-1.863335-80.274663-79.334612Mole Flow kmol/hrCO0.0010.94CO20.0785.542H20.00433.559CH40.06022.605N20.0087.530CH4O89.49119.1471090.1471090.127H2O

50、<0.001520.551520.551C2H6O9101112Temperature C250260212.9Pressure bar9.09.09.0Vapor Frac1.01.01.0Mole Flow kmol/hr1610.677451610.677451610.677450Mass Flow kg/hr44307.877644307.877644307.87760Volume Flow cum/hr7784.300717933.096587232.152820Enthalpy MMkcal/hr-78.339576-80.488675-81.483712Mole Flow

51、kmol/hrCOCO2H2CH4N2CH4O1090.127175.765175.765H2O520.551977.732977.732C2H6O457.181457emperature C40.4160111.6158.4Pressure bar9.010.05.06.0Vapor Frac0.00.00.00.0Mole Flow kmol/hr459.0430741151.63438184.261501967.372879Mass Flow kg/hr21121.200123186.68315757.3485517429.335Volume Flow cum/

52、hr33.561279629.73146338.291624920.2446778Enthalpy MMkcal/hr-22.007161-73.413529-10.226478-63.676623Mole Flow kmol/hrCOCO2H2CH4N2CH4O1.887173.878173.7460.131H2O977.73210.49967.242C2H6O457.1560.0250.0254.2物料衡算4.3熱量衡算4.4反應(yīng)器選型4.4.1反應(yīng)器形式異丁醛氧化制甲基丙烯酸的反應(yīng)，使用雜多酸催化劑，其性質(zhì)如下3.6雜多酸催化劑性質(zhì)粒度堆密度混合比壽命半年因?yàn)樵摲磻?yīng)為氣固多相催化反應(yīng)，應(yīng)

53、采用氣固催化反應(yīng)的固定床反應(yīng)器，該反應(yīng)還是一個(gè)強(qiáng)放熱過程，且操作溫度在之間，為了保持反應(yīng)為等溫過程，用熔鹽來帶走反應(yīng)器的熱量，選擇列管式固定床反應(yīng)器。4.4.2、物料恒算由反應(yīng)物料進(jìn)出要求，經(jīng)模擬，得物料數(shù)據(jù)如下:3.7反應(yīng)器物料橫算物流標(biāo)號(hào)S9S10名稱進(jìn)料出料狀態(tài)氣氣流率, KMOL/HRCH4O1090.127175.765H2O520.551977.732C2H6O457.181為了提高傳熱效率，選擇錯(cuò)流式列管反應(yīng)器，環(huán)板型折流板。4.4.3、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)(1)反應(yīng)管數(shù)計(jì)算選擇列管規(guī)格為，管長，催化劑填充高度，由于反應(yīng)為變分子過程，出口氣體流量大于進(jìn)口氣體流量，為了使反應(yīng)器達(dá)到要求，以出口段為基準(zhǔn)，選擇空速出口段氣體的流量為反應(yīng)總體積為由于反應(yīng)是在催化劑表面進(jìn)行，故管有效反應(yīng)長度為，單管有效反應(yīng)體積總管數(shù)(2)反應(yīng)管分布面積計(jì)算反應(yīng)管采用正三角形排列，管心距，如右圖所示單管所占面積布管面積(3)反應(yīng)器直徑計(jì)算折流板結(jié)構(gòu)為環(huán)形，在環(huán)和外環(huán)區(qū)域不布管，取折流板徑，由以上兩式可得關(guān)系，根據(jù)求得，圓整到，(4)反應(yīng)器高度根據(jù)反應(yīng)器的直徑選取相應(yīng)