内容发布更新时间 : 2024/5/17 18:17:10星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
DME反应器是绝热轴流式固定床反应器。在反应器中约80%的甲醇被转化为二甲醚，而且二甲醚的选择性为约99.9%，二甲醚反应为放热反应。 (3)合成气冷却
反应器出口气中含有DME，它在进出气换热器中通过工艺气体冷却，接着在甲醇蒸馏塔底部通过蒸馏塔换热器的工艺液体冷却，然后在二甲醚精馏塔冷却器中用冷却水冷却，最后出口气在冷凝器中大部分冷凝后被送至二甲醚精馏塔。由于二甲醚反应转化率在低压下较高，因此二甲醚反应器的操作压力不宜太高，而二甲醚精馏塔在较高压力操作时DME的损失较小，基于上述原因，二甲醚合成系统压力控制略高于二甲醚精馏系统。 (4)二甲醚精馏
来自二甲醚合成系统的工艺液体被送入二甲醚精馏塔中部，塔底再沸是通过精馏塔加热器的蒸汽流量控制完成，在DME精馏塔中DME与甲醇和水分开，一二甲醚产品从精馏塔顶部回收，而甲醇和水一起从塔底去除，并为原料甲醇提供预热热源。
含有DME的顶部气体在二甲醚冷凝器中被大部分冷凝下来，然后送入二甲醚塔回流罐中，在二甲醚冷凝器中未冷凝的气相作为燃料被放掉。在二甲醚回流罐中分离的液体被二甲醚回流泵加压，并被分成精馏塔回流液和DME产品，产品二甲醚被送出界区贮存。 (5)甲醇塔
二甲醚精馏塔底部液体被直接引入甲醇蒸馏塔中，甲醇在蒸馏塔中与水分离出来，再循环回甲醇缓冲槽内。再沸负荷主要是由合成反应气来提供，不足部分由甲醇塔加热器E108的蒸汽来补充。
顶部甲醇蒸汽在甲醇冷凝器(Ell0)的冷却水冷凝，然后通过甲醇回流泵返回二甲醚合成系统，部分甲醇则回流到甲醇蒸馏塔，未冷凝气体则作为尾气放空。
常温含水粗甲醇作为本工艺流程的原料，由往复泵定量输送至合成工序的汽化塔进行汽化提纯，并由液态转化成饱和气态，再进入电加热炉过热至250℃以上温度，过热后的甲醇原料蒸汽以逆流方式进入固定床合成塔，在氧化铝型固定床中进行缩水反应生成气态二甲醚和水（反应温度控制在280℃-450℃之间，一次转化率不小于75%），反应产物中包括有二甲醚、水以及未反应的甲醇蒸汽。反应物经换热器降温后在冷凝器中被循环水冷凝成液体，经计量罐进入中间罐贮存，未被冷凝成液态的少量副反应气体如CH4、CO2等则由放空阀排入放空总管并经吸收塔吸收后直接排入大气或送入锅炉房进行焚烧，进入中间罐的反应物由屏蔽泵加压输送至初馏塔进行精馏分离，塔顶分馏出燃料级的二甲醚组分，塔底分离出粗甲醇混合物，燃料级二甲醚蒸汽在甲醚冷凝器中被循环水冷凝成常温二甲醚液体
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经计量泵后进入燃料级二甲醚产品中间罐，再经加压磁力泵输送至罐区产品贮罐区进行储存，塔底稀甲醇混合物经冷却后进入粗甲醇中间罐进行贮存。
粗甲醇中间罐的稀甲醇液体由屏蔽泵加压输送至甲醇回收塔进行精馏分离，塔顶分馏出精甲醇组分，塔底分离出废水，精甲醇蒸汽被循环水冷却成常温精甲醇液体，经计量后进入回收甲醇中间罐。再经计量后由工艺管道输送至往复泵进口循环使用，甲醇回收塔底废水中甲醇含量小于0.025%，经冷却稀释后直接输送锅炉房作为脱硫除尘补充循环水。
3.3生产工艺特点
本工艺装臵的主要工艺特点是流程简洁明畅，工艺条件温和，装臵内热能利用较好，操作简易方便。
本装臵设备台数较少，设备制作充分立足于国内现状，所有设备均能在国内制造而不需进口，项目投资大为降低。
3.4主要工艺指标 3.4.1 二甲醚产品指标
表7 产品二甲醚产品指标
序号 1 2 3 4
组分 二甲醚 甲醇 水分 C3以下烃类
纯度 ≥99.9% ≤0.5 ≤0.3 ≤0.3
备注
本设计产品二甲醚可用作替代燃料或气雾剂等化工原料，目前燃料级二甲醚尚未颁布国家标准，设计产品工艺指标可参照表（3-1）
塔设备指标如下：
汽化塔：原料甲醇纯度90%（质量分数，下同），塔顶甲醇气体纯度≥99%，釜液甲醇含量≤0.5%； 合成塔：转化率≥80%，选择性≥99.9%；
初馏塔：塔顶二甲醚纯度≥95%，釜液二甲醚含量≤0.5%； 精馏塔：塔顶二甲醚纯度≥99.9%，釜液二甲醚含量≤0.5%； 回收塔：塔顶回收甲醇纯度≥98%，废水中甲醇含量≤0.5% 3.4.2 催化剂的使用
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本设计DME合成塔采用辐射型固定床反应器，生产用催化剂为沸石型酸性氧化铝分子筛。DME合成塔中发生的化学反应为放热反应。所用沸石型酸性氧化铝分子筛为φ=3mm，L=5～8 mm白色颗粒状，堆积体积密度≤0.7t/m3，具有良好的化学性质及足够的撞击强度与耐磨强度，对于甲醇缩水生成二甲醚的工艺过程，该催化剂的催化活性、选择性、与稳定性均显示出了优异的经济指标，在再生与使用周期上也有较好的表现。工艺设计的该催化剂可使甲醇的一次性转化率≥80﹪，选择性指标接近100﹪。极微量副产物为甲烷、二氧化碳。再生周期≥300日。可反复使用。
该型催化剂在制备过程添加少量稀土元素，无有毒重金属组份。因此粉碎或废弃的分子筛可就地填埋或送催化剂配制公司回收处理[1]。
4主要塔设备计算及选型
原料甲醇流量的估算：年产DME10万吨，合成转化率为80%（出去各步损失，按78%粗略估算），选择性按100%计算，二甲醚产品纯度为99.9%。结合甲醇脱水反应式可得下式：
?200000?103?99.92.04??2?/?78%?90%??31.725?103kg/kmol ??365?2446.07??4.1 汽化塔及其附属设备的计算选型 4.1.1 物料衡算
已知F′=27.491×103kg/h，xF′=90%，xD′=99%,xW′=0.5%（以上均为质量百分数），
MCH3OH?32.04kg/kmol,MH2O?18.02kg/kmol，MCH3OCH3?46.07kg/kmol
90/32.04?83.50%
90/32.04?10/18.0299/32.04?98.24% xD?99/32.04?1/18.020.5/32.04?0.2818% xW?0.5/32.04?99.5/18.02摩尔分率：xF?进料平均相对分子质量 M平均=83.50%×32.04+16.50%×18.02=29.73kg/kmol
31.725?103?1067.089kmol/h 则进料摩尔流量为：F?29.73总物料 F?D?W ； 易挥发组分 FxF?DxD?WxW ； 带入数据解得： D=906.519kmol/h W=160.57kmol/h
塔顶产品平均相对分子质量 M=32.04×98.24%+18.02×(1-98.24%)=31.79kg/kmol 塔顶产品质量流量 D=906.519×31.79=28.813×103kg/h
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塔釜产品平均相对分子质量 M=32.04×0.2818%+18.02×(1-0.2818%)=18.06kg/kmol 塔釜产品质量流量 W=160.57×18.06=2.90×103kg/h
表8 物料衡算结果表
单位 kg/h
物料
kmol/h 质量分率
组成
摩尔分率
83.50%
98.24%
[3]
进料F
31.725×103 1067.089
塔顶D
28.818×103
塔釜W
2.9×103 160.57
906.519 99%
90% 0.5% 0.2818%
表9 甲醇-水平衡时的t、x、y数据
平衡
64.
100 92.9 90.3 88.9 85.0 81.6 78.0 76.7 73.8 72.7 71.3 70.0 68.0 66.9
温度t 液相
0
甲醇x 气相
0
甲醇y
4
1
3
5
3
5
8
6
1
3
2
2
4
28.3
40.0
43.5
5.31 7.67 9.26
5 54.5
3 62.7
8 67.7
3 69.1
0 77.5
2 79.7
7 81.8
9 84.9
2 89.6
1 91.9
100
13.1
20.8
28.1
33.3
46.2
52.9
59.3
68.4
85.6
87.4
100 7
根据汽液平衡表（即x-y-t表），利用内插法求塔顶温度tLD、tVD，塔釜温度tW，进料液温度tF 塔顶温度tLD、tVD
98.24?87.41tLD?66.9??tLD?65.01℃
100?87.4164.7?66.9100?98.2464.7?tVD??tVD?65.18℃
100?91.9464.7?66.9 塔釜温度tW 进料液温度tF
t?100100?92.9?W?tW?99.62℃
0?5.310.2818?0
tF?68.068.0?70.0??tF?68.25℃
85.62?68.4983.50?85.62回流比的确定：由表9的数据绘制x-y图
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由图（图略）可知进料平衡曲线为不正常平衡曲线，为减小误差，用作图法求最小回流比Rmin
由点a（xD,xD）向平衡线作切线，交轴于b（0，29.22），即精馏操作线截距
xD?20.62，所以 R?198.24?29.22，所以Rmin?2.36。操作回流比可取为最小回流比的1.1-2.0倍，所以取回流比
Rmin?1R?1.3Rmin?1.3?2.36?3.07
甲醇-水混合液的t-x图1009080气相甲醇（%）7060504030201000102030405060708090100液相甲醇（%）
平均相对挥发度α ： t=92.9℃时 ?1?yAxBy(1?x)28.34?(100?5.31)???7.05 yBxB(1?y)x(100?28.34)?5.31yAxBy(1?x)91.94?(100?87.41)???1.64 yBxB(1?y)x(100?91.94)?87.74t=66.9℃时 ?2????1??22?7.05?1.64?4.35
24.1.2 热量衡算
（1）加热介质和冷却剂的选择
常用的加热剂有饱和水蒸气和烟道气。饱和水蒸气是一种应用最广的加热剂，由于饱和水蒸气冷
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