摘 要

作为一种清洁高效的替代燃料，如今二甲醚（Dimethyl Ether，即DME）备受关注。二甲醚与常用的LPG有着相似的物理性质，可以使用现有的LPG基础设施来运输和贮存，与氢能一样，被视为21世纪最有希望的替代燃料之一。目前，甲醇脱水制取二甲醚方法分液相法和气相法两种，而气相法工艺是国内外使用最多的二甲醚工业生产方法。工艺流程与设备较为简单，投资较小，操作压力不高。本文为年产80万吨二甲醚合成工艺设计说明书，设计采用了气相法来制备二甲醚，即甲醇先受热蒸发，蒸汽经γ-Al₂O₃床层脱水后生成粗二甲醚，精馏后得到二甲醚成品。期内主要完成以下工作：

1）掌握主要设备选型及选材的方法和步骤，设计二甲醚合成反应器，并提出对反应器的改进设想，对过程中的反应热进行综合利用；

2）二甲醚精馏塔的塔高、塔径、塔板布置等的设计；

3）完成主要设备（二甲醚合成反应器、二甲醚精馏塔）的装配图绘制，并绘制生产工艺流程图。

关键词：二甲醚、甲醇、精馏塔、合成工艺。

Abstract

As a clean high efficiency alternative fuel, Dimethyl Ether (DME) has drawn attentions at present. DME, having properties similar to LPG fuels, can use the existing LPG transportation and storage infrastructures. Just like hydrogen fuels, DME is expected to be one of the best alternative fuels in 21^st century. Today, most adopted commercial synthetic process of DME in the world which includes the liquid-phase and the vapor-phase ways is by the dehydration of methanol steam, for its less instructure investments and lower process pressure. This article is the design instruction of 800,000 t/a DME synthesis process which adopted vapor-phase method, that is, firstly the methanol absorbs heat to exchange to a gas phase. With the reactions in γ-Al₂O₃ catalyst bed, methanol is reformed to semi－finished DME and after distillation it gets pure. Completed for the following works:

1) Master the methods and procedures of the main equipments’ lectotype and material selection; Complete the design of the DME synthesis reactor and improve it; Promote the comprehensive use level of the process’s reaction heat;

2) Calculate the tower’s column height, diameter, arrangement of column plate, etc. for the distillation tower.

3) Complete the assembly drawing of main equipments (DME synthesis reactor and DME distillation column), and draw the production process flow chart.

Keywords: Dimethyl Ether, methanol, distillation tower, synthetic process.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 5

1.1 概述 5

1.1.1 煤气化与二甲醚 5

1.1.2 二甲醚的传统与新兴用途 5

1.2二甲醚的性质 6

1.3二甲醚的工艺背景 7

1.4本设计的设计思路与设计内容 9

第二章 工艺流程介绍 10

2.1 生产规模 10

2.2 产品标准 10

2.3 产品前景分析 10

2.4生产方法简述 10

2.5工艺流程说明 12

2.6生产工艺特点 13

2.7产品和催化剂指标 13

2.7.1 工艺产品要求 13

2.7.2 催化剂的要求 13

第三章 反应器的选型 14

3.1反应器的选型 14

3.2物料衡算 16

3.3热量衡算 17

3.4催化剂床层体积 18

3.5反应器管数 18

3.6换热面积 18

3.7本章小结 20

第四章 精馏塔的计算与选型 21

4.1 精馏塔的物料衡算 21

4.2 热量衡算 22

4.3 计算塔板数 24

4.4 全塔工艺计算 24

4.4.1液相表面张力 24

4.4.2液体平均黏度计算 25

4.5 精馏塔结构设计 26

4.6塔径 28

4.6.1精馏段 28

4.6.2提馏段 29

4.7有效高度计算 30

4.8整体塔高 30

4.9塔板计算 30

4.9.1溢流装置 30

4.9.2计算溢流堰长l_w 30

4.9.3计算堰高h_w 30

4.9.4弓形降液管参数计算 31

4.9.5降液管底隙参数计算 31

4.10塔板布置设计 31

4.10.1分块塔板 31

4.10.2计算边缘区 32

4.10.3计算开孔面积 32

4.10.4筛孔计算及其排列 32

4.11塔板压降 33

4.11.1干板阻力 33

4.11.2气体通过液层的阻力h_l计算 33

4.11.3液体表面张力阻力 34

4.11.4气体通过每层塔板的液柱高 34

4.12液沫夹带核算 34

4.13漏液核算 35

4.14液泛核算 35

4.15塔板负荷性能图 35

4.16本章小结 41

第五章 设计总结 42

参考文献 43

致 谢 45

第一章 绪论

1.1 概述

1.1.1 煤气化与二甲醚

煤是地球上储量最大的化石燃料。我国是世界上最大的产煤国之一，煤炭的储量远大于天然气与石油。截至2003年末，我国已知的煤炭保有量为吨，在我国能源资源总量的占比超过，而我国在2009年时煤炭产量已达吨，为世界第一。在我国，煤炭在一次能源的生产与消费构成中的占比分别约为和。在煤炭的利用方面，煤的气化有着较广阔的应用前景。和作为煤气化的主要产物，在甲醇的生产上有着较大的需求；相应地，甲醇则是二甲醚的原料来源。

上世纪70年代起，二甲醚——对臭氧层有害的氟利昂的替代者，开始被人们用来做气雾剂。最近，二甲醚燃烧性能优秀，污染性小的特点越来越被各国重视，相关技术的研发也走上快车道。

二甲醚在常态下是一种无色、小毒性的可燃性气体，物理性质与常用的LPG相似，燃烧较完全，残留小，燃烧产物无污染，是理想的环境友好燃料。二甲醚还被誉为21世纪的绿色车用燃料，是替代燃料家族中的理想一员，燃烧时清洁、高效。在全球污染愈发严重与化石资源日益枯竭的大背景下，二甲醚更加受人青睐，由此带来的需求量上升使得二甲醚成为各国研究的焦点