論文題目：
25萬噸/年二甲醚精餾系統及二甲醚精餾塔設計
一、課題的目的與意義
二甲醚又稱甲醚，簡稱dme,分 子 式：ch3och3 ,結 構 式：ch3—o—ch3 。二甲醚在常温常壓下是一種無色氣體或壓縮液體，具有輕微醚香味。相對密度(20℃)0.666，熔點-141.5℃，沸點-24.9℃，室温下蒸氣壓約為0.5mpa，與石油液化氣(lpg)相似。溶於水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多種有機溶劑。易燃，在燃燒時火焰略帶光亮，燃燒熱(氣態)為1455kj/mol。常温下dme具有惰性，不易自動氧化，無腐蝕、無致癌性，但在輻射或加熱條件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。
二甲醚是醚的同系物，但與用作麻醉劑的乙醚不一樣，卻具有神經毒性;能溶解各種化學物質;由於其具有易壓縮、冷凝、氣化及與許多極性或非極性溶劑互溶特性，廣泛用於氣霧製品噴射劑、氟利昂替代製冷劑、溶劑等，另外也可用於化學品合成，用途比較廣泛。
二甲醚作為一種基本化工原料，由於其良好的易壓縮、冷凝、汽化特性，使得二甲醚在製藥、燃料、農藥等化學工業中有許多獨特的用途。如高純度的二甲醚可代替氟里昂用作氣溶膠噴射劑和致冷劑，減少對大氣環境的污染和臭氧層的破壞。由於其良好的水溶性、油溶性，使得其應用範圍大大優於丙烷、丁烷等石油化學品。代替甲醇用作甲醛生產的新原料，可以明顯降低甲醛生產成本，在大型甲醛裝置中更顯示出其優越性。作為民用燃料氣其儲運、燃燒安全性，預混氣熱值和理論燃燒温度等性能指標均優於石油液化氣，可作為城市管道煤氣的調峯氣、液化氣摻混氣。也是柴油發動機的理想燃料，與甲醇燃料汽車相比，不存在汽車冷啟動問題。它還是未來製取低碳烯烴的主要原料之一。 由於石油資源短缺 、煤炭資源豐富及人們環保意識的增強，二甲醚作為從煤轉化成的清潔燃料而日益受到重視，成為XX年來國內外競相開發的性能優越的碳一化工產品。作為lpg和石油類的替代燃料，二甲醚是具有與lpg的物理性質相類似的化學品，在燃燒時不會產生破壞環境的氣體，能便宜而大量地生產。與甲烷一樣，被期望成為21世紀的能源之一。
二、研究現狀和前景展望
1.研究現狀
目前dme的製取工藝有合成氣一步法以及甲醇兩步法，其中兩步法包括甲醇液相法以及氣相法。甲醇液相硫酸催化法和甲醇氣相法制取二甲醚的生產技術較為成熟，兩種方法均有工業裝置運轉。
甲醇脱水法以精甲醇為原料，脱水反應副產物少，二甲醚純度高達99%，使用於有較高要求的氣霧產品，也可以用作製冷劑或醫用氣霧劑的拋射劑5，且三廢排放少。該工藝比較成熟，可以依託老企業建設新裝置，也可單獨建廠生產。但該方法要經過甲醇合成、甲醇精餾、甲醇脱水和二甲醚精餾等工藝，流程較長，因而設備投資大，產品成本高，受甲醇市場波動的影響也比較大。
合成氣法生產二甲醚的生產工藝在淤漿牀中，反應温度分佈均勻，熱平衡較易控制，操作簡單且穩定性好，生產成本低。合成氣法所用的合成氣可由煤、重油、渣油氣化以及天然氣轉化製得，原料經濟易得，因而該工藝可用於化肥廠和甲醇廠。這些工廠可將甲醇裝置適當改造用於生產二甲醚，形成規模生產。目前一步法生產二甲醚面臨的關鍵問題是：需要高效低價的煤制氣工藝及設備;需要能滿足大型化二甲醚生產的反應器;解決以煤為原料制二甲醚生產過程中co2的利用問題;相關催化劑的開發與生產;成熟而經濟的二甲醚分離提純技術。
2.前景展望
目前，儘管二甲醚產品供大於求，二甲醚在推廣應用上遇到一定的困難，但從以下幾方面分析，總體上對二甲醚行業來講是機遇大於挑戰。
( 1) 在XX 年5 月18 日國務院辦公廳下發的石化行業調整和振興規劃中，已將煤制二甲醚列為重點抓好的五類示範工程之一，説明利用煤炭高效清潔轉化生產二甲醚已引起國家的高度重視。國家發改委發佈的《關於加強煤化工項目建設管理，促進產業健康發展的通知》中要求一般不應批准規模在1 000 kt /a 以下的二甲醚項目，這對於遏制盲目擴張二甲醚產能、引導二甲醚產業有序發展、保持二甲醚市場的相對穩定將起到積極的作用。
( 2) XX 年9 月2 日，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理
委員會XX 年第4 號( 總第159 號) 文( 中華人民共和國國家標準批准發佈公告) 聯合批准發佈了編號為gb 25035—XX 的《城鎮燃氣用二甲醚》國家標準，標準對二甲醚作為城鎮燃氣使用的質量要求、試驗方法、檢驗規則、標誌、包裝、運輸和儲存提出了嚴格的規定，已於XX 年7 月1 日起實施。這使得二甲醚作為城鎮燃氣使用有法可循，二甲醚大規模進入民用燃氣市場有了合法的身份。
( 3) 經國務院批准，財政部、税務總局聯合發佈通知，為支持和促進二甲醚的推廣使用，自XX 年7 月1 日起，二甲醚按13% 的增值税税率徵收增值税，税收上對二甲醚生產企業給予了一定的優惠。這意味着政府已加大對替代能源———二甲醚的扶持力度。
( 4) 隨着二甲醚在城市公交車、出租車上的成功推廣使用和相應配套設施的建立和完善，二甲醚需求量會大幅增加，將為二甲醚提供一個穩定的大市場。
( 5) 中國城市燃氣協會二甲醚專業委員會的成立，對促進二甲醚作為城鎮民用燃氣的進程將發揮積極的作用。
( 6) 隨着國際原油價格的瘋漲，我國作為一個石油進口大國，無疑會帶來較大的能源安全風險。在此情況下，國家發展和改革委辦公廳[XX] 1404 號文已將發展二甲醚煤基醇醚燃料列為緩解石油供應短缺、高油價矛盾替代工作的重點，這無疑為二甲醚行業帶來了良好的發展商機。
三、課題主要內容、擬解決的問題、研究特色和創新之處
1.主要內容
如圖所示，甲醇經過處理後進入二甲醚合成塔中反應，得到的產物中主要含有二甲醚、甲醇以及水分，將產物送入二甲醚精餾塔中進行精餾分離。由於分離體系中的泡點的不同，二甲醚泡點最低，故得到的輕組分為二甲醚，從塔頂分離出來，而甲醇和水分則從塔底從來。重組分中含有大量的未被反應的甲醇，再送進甲醇回收塔中進行分離，得到較純的甲醇再次循環利用。
本次畢業設計中應用的物料衡算是工藝設計的基礎，根據所需設計項目的年產量，通過對全過程或單元過程的物料衡算，可以計算出原料的消耗量、副產品量及輸出過程物料的損耗量等;並在此基礎上作能量衡算，計算出蒸汽、水、電、煤或者其他燃料的消耗定額;最終可以根據這些計算確定所生成產品的技術經濟指標。同時根據物料衡算所得的各單元設備的物流量及其組成、能量負荷及其等級，對生產設備和輔助設備進行選型或者設計，從而對過程所需設備的投資及其項目可行性進行估價。
2.需解決的問題
本次設計的流程有多種，根據對三廢排放、節能節源的比較，選擇工藝流程，並通過對精餾塔的比較以及對於經濟效益的比較，選擇本次精餾塔的類型，並且根據自己對整個流程的瞭解畫出本設計的物料流程圖，最後通過計算機繪製精餾工段的物料流程圖、精餾設備的控制流程圖、精餾塔的設備圖、±0.00平面的設備佈置圖;用a2圖紙手工繪製二甲醚精餾工段的物料流程圖、預塔冷卻器的控制流程圖、預塔冷卻器的設備圖、±0.00平面的設備佈置圖。
3.特色和創新
本設計考慮到原料的充分利用，即將未被反應的甲醇通過回收循環利用，這樣，既能減少原料的損耗，同時也符合經濟效益。同時，被設計中二甲醚採用的是甲醇氣相法，其優點：
生產二甲醚的原料可為精甲醇或粗甲醇, 蒸汽消耗和生產成本較低。
二甲醚反應器是列管式反應器，反應温度易控制，且催化劑在反應器中分佈較均勻。
採用先進塔器內件和分離工藝, 回收效果好, 流程簡化, 醇耗低。
四、研究方法、步驟和措施
查閲並收集與畢業設計內容相關的資料，認真總結，完成文獻綜述;同時根據文獻綜述的詳細內容進行總結歸納，完成開題報告。
嘗試通過aspen plus，對甲醇精餾流程進行全流程模擬;對單個設備預塔冷卻器進行設計和模擬，並分析其操作影響因素從而得到一個較為可行性的優化方案。
對全流程進行物料衡算、能量衡算，並對所使用的換熱器的設備尺寸進行計算，從而繪製工藝流程圖。
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