甲醇及二甲醚的生产
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原料甲醇的性质:甲醇另名甲基醇、木醇、木精、分子式:CH3OH,分子量32.04,有类似乙醇气味的无色透明、易燃易挥发的液体,比重:0.7915.熔点-97.80℃,沸点:64.7℃,20℃时蒸汽压96.3㎜㎏,表面张力为:0.0226N/m,粘度:0.5945厘斯,闪点(闭点)12.2℃(开口)16℃,自然点385℃,燃烧热:22688J/㎏,在空气中的爆炸极限为6.0-36.5%。
甲醇为有毒化工物品,有显著的麻醉作用,对神经影响很大,严重时可引起失明。
甲醇是最常用的有机溶剂之一,与水互溶且体积较小,能与甲醇、乙酸等多种有机溶剂互溶。
二甲醚性质:二甲醚简称甲醚,分子式:CH3OCH3。
分子量:46.07,常温下无色气体或压缩液体,类似氯仿臭味,密度(20℃)66㎏/m3,凝固点为:-141.5℃,沸点为:-24.9℃,表面张力为(-10℃)16mN/m,0℃时合体粘度为:82.5pa.S,蒸汽压为:(20℃)0.5MPa,闪点为:-41.4℃,着火点为:-27℃,自然点:350℃,燃烧热:31583J/KG,比热:2.24KG/KG.K,在空气中的爆炸极限为:3.45-26.7%(体积)(24℃)20℃时约0.49MPa下,二甲醚在水中的溶解度为:35.3%wt,水在二甲醚中的溶解度为:7%wt能溶于四氯化碳丙酮、氯仿、乙酸甲酯等。
二甲醚为弱麻醉剂,对呼吸道有轻微的刺激作用,长期接触使皮肤发红、水肿。
皮肤接触二甲醚易冻伤。
生产原理甲醇制二甲醚生产工艺过程可分为反应和分馏两大工序。
一、反应工序反应工序包括甲醇气化甲醇脱水反应和粗甲醚收集。
原料甲醇在气化塔内被气化成甲醇蒸汽,甲醇蒸汽浴反应器流出的高温气体进行热交换后升温到240-280℃进入脱水反应器。
甲醇在催化剂和一定温度条件下进行分子间的脱水反应,反应方程式为:主反应:2CH3OH=CH3OCH3+H2O(1)副反应:CH3OCH3=C2H4+H2O(2)CH3OH=CO+2H2(3)CH3OCH3=CH4+H2+CO(4)CO+H2O=CO2+H2(5)甲醇单程转化率大于75%,二甲醚的选择性大于98%。
2 工艺技术分析二甲醚的生产方法有一步法和二步法。
一步法是指由原料气一次合成二甲醚,二步法是由合成气合成甲醇,然后再脱水制取二甲醚。
● 一步法该法是由天然气转化或煤气化生成合成气后,合成气进入合成反应器内,在反应器内同时完成甲醇合成与甲醇脱水两个反应过程和变换反应,产物为甲醇与二甲醚的混合物,混合物经蒸馏装置分离得二甲醚,未反应的甲醇返回合成反应器。
一步法多采用双功能催化剂,该催化剂一般由2类催化剂物理混合而成,其中一类为合成甲醇催化剂,如Cu-Zn-Al(O)基催化剂,BASFS3-85和ICI-512等;另一类为甲醇脱水催化剂,如氧化铝、多孔SiO2-Al2O3、Y型分子筛、ZSM-5分子筛、丝光沸石等。
● 二步法该法是分两步进行的,即先由合成气合成甲醇,甲醇在固体催化剂下脱水制二甲醚。
国内外多采用含γ-Al2O3/SiO2制成的ZSM-5分子筛作为脱水催化剂。
反应温度控制在280~340℃,压力为0.5-0.8MPa。
甲醇的单程转化率在70-85%之间,二甲醚的选择性大于98%。
一步法合成二甲醚没有甲醇合成的中间过程,与两步法相比,其工艺流程简单、设备少、投资小、操作费用低,从而使二甲醚生产成本得到降低,经济效益得到提高。
因此,一步法合成二甲醚是国内外开发的热点。
国外开发的有代表性的一步法工艺有:丹麦Topsφe工艺、美国Air Products工艺和日本NKK工艺。
二步法合成二甲醚是目前国内外二甲醚生产的主要工艺,该法以精甲醇为原料,脱水反应副产物少,二甲醚纯度达99.9%,工艺成熟,装置适应性广,后处理简单,可直接建在甲醇生产厂,也可建在其它公用设施好的非甲醇生产厂。
但该法要经过甲醇合成、甲醇精馏、甲醇脱水和二甲醚精馏等工艺,流程较长,因而设备投资较大。
但目前国外公布的大型二甲醚建设项目绝大多数采用两步法工艺技术,说明两步法有较强的综合竞争力。
2.1 国外主要工艺技术(1)Topsφe工艺Topsφe的合成气一步法工艺是专门针对天然气原料开发的一项新技术。
年产15万吨甲醇合成二甲醚工艺设计The Process Design of 150kt/a Dimethyl Ether Preparedby Methanol目录摘要 ..................................................................................................I矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
Abstract........................................................................................... II聞創沟燴鐺險爱氇谴净。
引言 ............................................................................................... 1残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
第一章文献综述.. (3)1.1 二甲醚概况 (3)1.1.1 二甲醚的发展状况 (3)1.1.2 二甲醚的传统领域的应用及其拓展............................................. 4酽锕极額閉镇桧猪訣锥。
1.2 国内二甲醚市场简况 (5)1.2.1 现状 (5)1.2.2 国内市场预测 (7)1.3 国外二甲醚市场简况 (8)1.3.1 现状 (8)1.3.2 国外市场预测 (10)1.4 原料说明.......................................................................................... 12彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。
1.4.1 物理性质 (11)1.4.2 化学性质....................................................................................... 12謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
目录1绪论 (3)2综述 (4)2.1设计条件 (4)2.2设计产品发展现状、性能及用途 (5)2.3两步法二甲醚合成工艺 (5)3工艺流程模拟设计 (7)3.1工艺方案选择及论证 (7)3.2模拟流程图 (8)3.3模块模拟说明 (9)3.4工艺物料流程图 (21)3.5带控制点的工艺流程图 (21)4物料衡算 (22)4.1人工计算 (22)4.2与ASPEN软件计算比较 (23)5能量衡算 (25)5.1已知条件 (25)5.2计算公式 (25)5.3入塔热量计算 (25)5.4塔内反应热的计算 (25)5.5出塔气各气体组分焓 (26)5.6全塔热损失 (26)5.7沸腾水吸收热量 (27)5.8热量衡算表 (27)6气体和液体输送设备的设计与选型 (28)6.1概况 (28)6.2选型参数确定 (28)6.3泵性能的核算 (29)7换热器的设计 (31)7.1换热器的选择原则 (31)7.2介质流程 (31)7.3温度 (31)7.4传热面积的估算 (32)7.5换热器结构尺寸计算 (33)7.6初选换热器 (35)7.7热流量核算 (35)7.8压力损失核算 (37)8塔设备的设计与选型 (39)8.1塔设备的选择原则 (39)8.2精馏塔的选择 (39)8.3部分衡算 (40)8.4塔主要工艺尺寸计算 (42)8.5塔板主要工艺尺寸的计算 (44)8.6塔板布置 (45)8.7塔板的流体力学核算 (46)8.8辅助设备计算 (49)8.9其他塔设备计算 (51)9反应器的设计与选型 (53)9.1反应器设计要求 (53)9.2反应器的选择 (53)9.3二甲醚生产物料平衡计算 (54)9.4热量衡算 (55)9.5反应器体积 (56)9.7反应器参数设计 (61)10二甲醚分离工段设备布置图 (61)11二甲醚分离工段管道布置图 (62)11.1管道设计的一般原则 (62)11.2常用设备管路布置 (62)11.3管道布置图的绘制 (64)12工艺成本估算及经济分析报告 (65)12.1固定资本 (65)12.2产品生产成本估算 (67)13工厂选址及总布置设计 (70)13.1厂址选择 (70)13.2总平面布置图 (72)13.3总平面布置说明 (72)参考文献 (73)二甲醚又称甲醚、木醚氧、二甲,是最简单的脂肪醚重要的甲醇下游产品之一。
二甲醚(DME)俗称为甲醚(CH3OCH3),是最简单的脂肪醚,也是重要的甲醇下游产品。
二甲醚作为一种清洁化学品在制药、燃料、农药、化学品的合成方面有许多独特的用途,是重要的化工原料,可以用作气雾剂的抛射剂、制冷剂、发泡剂;高浓度的二甲醚可用做麻醉剂;还可替代LPG及柴油成为新型燃料。
二甲醚目前的主要用途是作为气雾剂的抛射剂。
国外许多国家正在开发二甲醚代替氟氯烃作制冷剂和发泡剂;开发利用二甲醚作为聚乙烯、聚氨基甲酸乙酯、热塑性聚酯泡沫的发泡剂。
二甲醚与甲醇按一定比例的混合物是一种理想的液体燃料,可作为城市煤气和液化气的代用品。
二甲醚还可作为汽油添加剂来生产无铅汽油。
因此,对二甲醚生产方法及应用领域的研究,成为了国内外极为重视的开发课题。
二甲醚原料来源也十分广泛,可以由石油、天然气、煤和生物物质(如稻草,高梁秆及米糠等有机物质)制得。
在国外,东洋工程公司(TEC)继采用MRF-Z反应器设计,成功开发出10000t/d大型甲醇工艺之后,又围绕单独的甲醇生产和脱水工艺装置,提出大规模二甲醚工艺。
此外,托普索工艺属联合型,甲醇反应器和二甲醚反应器串联在同一合成回路中,采用的技术和工艺部件与甲醇工艺相似,都经过实践证明。
在国内,长期以来,我国二甲醚大部分依靠进口,中国对二甲醚的潜在需求量为240-300万t/a。
由于二甲醚的用途正在日益扩展,市场潜在容量较大,国内已有一些厂家投产二甲醚。
,生产规模较大的有广东中山精细化工实业公司,生产能力2500t/a;义乌市光阳化工公司,生产能力2500t/a。
安徽省蒙城县化肥厂建成了2500t/a高纯度二甲醚生产装置。
上海石油化工研究院建成800t/a装置,并在江苏昆山建成1000t/a二甲醚工业示范装置。
此外,武汉硫酸厂也建有二甲醚生产装置。
如今二甲醚制备方法主要有甲醇液相脱水法(硫酸法)、甲醇气相转化法和合成气一步法等等。
目前,合成气一步法制二甲醚的科研和工程化进展十分活跃。