10万吨万吨/年二甲醚年二甲醚装置生产流程设计装置生产流程设计作者：孔令启作者：孔令启王秀芳王秀芳龚盛昭龚盛昭 指导教师指导教师钱钱宇宇教授教授主要内容主要内容1. 概述 2. 技术分析 3. 流程叙述4. 流程模拟与优化5. 过程控制6. 总结(主要改进之处）7. 建议 一、概述（一）DME的用途 1、替代氯氟烃作气雾剂 2、用作制冷剂和发泡剂 3、用作燃料 4、用作化工原料（二）DME的产量和市场需求 全球产量：208 kt/a 中国产量：12 kt/a 中国需求预测：2005年16 kt/a 2010年28 kt/a（三）DME的合成方法 （1）液相甲醇脱水法； （2）气相甲醇脱水法 （3）合成气一步法； （4）CO2 加氢直接合成 （5）催化蒸馏法。二、方法的选择（一）方法的选择 采用气相甲醇脱水法 原因：（1）技术成熟 （2）操作简单,自动化程度较高 （3）环保 （4）产品质量高 二、方法的选择（二）原料及产品规格 1. 原料 工业级甲醇 甲醇含量99.5wt 水含量0.5 wt 2. 产品 DME含量99.95wt 甲醇含量50010-6g/g 水含量0.0510-6g/g 二、方法的选择（三）设计规模和设计要求 1. 设计规模 100，000吨DME/年 2. 设计要求 产品DME：回收率为99.8 纯度为99.95。 回收甲醇：回收率99.95 纯度为99.0三、技术分析（一）反应原理反应原理 2CH3OH (CH(CH3 3) )2 2O + HO + H2 2O O（二） 反应条件反应条件 温度T= 2500C3700C 反应压力P=13.9bar（三）反应选择性和转化率反应选择性和转化率 1. 选择性 2. 转化率三、技术分析（四）系统循环结构系统循环结构 （五）分离工艺（五）分离工艺四、流程叙述（一）10万吨/年二甲醚装置生产流程图(PFD)（二）本设计所提出的10万吨/年二甲醚装置生产流程图（带热集成和过程控制）五、流程模拟与优化 Aspen plus 模拟流程图 五、流程模拟与优化（一）DME分离塔T-201操作条件确定 1. 塔压力的选择 2. 理论板数、进料板位置和回流比的关系 3. 理论板数对分离效果的影响 4. 回流比对分离效果的影响 5. DME分离塔T-201优化结果 五、流程模拟与优化（二）甲醇回收塔T-202操作条件确定 1、塔压力的选择 2、理论板数、进料板位置和回流比的关系 3、理论板数对分离效果的影响 4、回流比对分离效果的影响 5、甲醇回收塔T-202优化结果 五、流程模拟与优化（三）各换热单元热负荷及换热网络合成 1、各换热单元的热负荷 2、工艺物流换热方案的提出（四） 物料衡算表 （五）惰性气体对分离效果的影响五、过程控制 1. 反应进料控制 2. 进料预热控制 3. E-203出口温度控制 4. T-201塔底液位控制 5. T-202塔底液位控制 6. V-201的液位控制 7. V-202的液位控制 8. T-201塔的回流量控制 9. T-202塔的回流量控制 六、总结改进主要有： 1.将甲醇回收塔的压力降低到常压，从而使塔顶塔底的温度都有所降低，这样塔底就可以采用低压蒸汽来对其加热，通过后面的换热网络合成，甲醇回收塔的塔底再沸器实际上可以通过工艺物流换热来达到，从而节约了公用工程消耗量。 六、总结2.通过对DME精馏塔和甲醇回收塔的操作条件进行优化，减少了塔的理论板数，减少了设备投资；降低了塔的回流比和操作压力，从而降低公用工程消耗和温位，进而降低操作费用。 3.讨论了工业生产中存在的惰气对塔的分离效果的影响，提出了相应的改造措施。4.提出具体的换热网络结构，进行换热网络的合成，通过核算可节约热公用工程52左右，节约冷公用工程45左右。5.为了保持系统的操作稳定，加入过程控制。 进料板位置和回流比的关系返回理论板数对分离效果的影响 返回回流比对分离效果的影响 返回理论板数、进料板位置和回流比的关系 返回返回理论板数对分离效果的影响返回回流比对分离效果的影响系统的的温焓图 NEXTnext系统的热匹配方案图 匹配前后公用工程消耗总量对照表返回项目项目热公用工程热公用工程（10106 6kcal/hrkcal/hr）冷公用工程冷公用工程（10106 6kcal/hrkcal/hr）匹配前匹配前11.937611.937611.280711.2807匹配后匹配后5.71265.71265.05575.0557节能节能52.1452.1444.8244.82原原1010万吨万吨/ /年二甲醚装置生产流程图年二甲醚装置生产流程图(PFD)(PFD) 返回新增甲醇预热器E-202A，原来的两个换热器E-202和E-201均作为工艺物流换热器。 同时E-206也进行了热匹配本设计所提出的本设计所提出的10万吨万吨/年二甲醚装置生产流程图年二甲醚装置生产流程图 返回DME分离塔分离塔T-201优化结果优化结果 理论塔板数20 回流比0.521最佳进料位置8 产品DME纯度wt99.95塔顶温度 ()36.3 产品中DME收率99.8塔底温度（）145.8冷凝器热负荷（MMkcal/hr）1.76塔顶压力（bar）8.1再沸器热负荷（MMkcal/hr）1.39塔底压力（bar）8.5 塔顶采出量 (kmol/hr)271.39返回甲醇回收塔甲醇回收塔T-202的优化结果的优化结果理论塔板数25 回流比1.22最佳进料位置17 产品DME纯度wt99塔顶温度 ()64.85 产品中DME收率99.95塔底温度（）113.30冷凝器热负荷（MMkcal/hr）2.57塔顶压力（bar）1.1再沸器热负荷（MMkcal/hr）2.07塔底压力（bar）1.6 塔顶采出量 (kmol/hr)277.38返回各换热单元的热负荷 物流种类物流种类设备位号设备位号进口温度进口温度（）出口温度出口温度( ()热负荷热负荷( (10106 6kcal/hr)kcal/hr) 热物流热物流Output369.2 369.2 159.46159.462.31612.3161159.46159.46100.0100.04.97184.9718E-205E-20537.5 37.5 36.3 36.3 1.7618 1.7618 E-207E-20771.2 71.2 64.9 64.9 2.5682 2.5682 E-208E-208112.7 112.7 50.0 50.0 0.3197 0.3197 合计：合计：11.937611.937610106 6kcal/hrkcal/hr 冷物流冷物流* *FEEDFEED33.6 33.6 154.0 154.0 2.33742.33741541541551554.51474.5147155.0 155.0 250.0 250.0 .9702.9702E-204E-204142.1 142.1 145.8 145.8 1.3857 1.3857 E-206E-206112.9 112.9 113.3113.3 2.0727 2.0727 合计：合计：11.2807106kcal/hr合计：需要冷量：合计：需要冷量：0.6569106kcal/hr返回10万吨万吨/年二甲醚装置生产流程物料衡算年二甲醚装置生产流程物料衡算返回next10万吨万吨/年二甲醚装置生产流程物料衡算（续）年二甲醚装置生产流程物料衡算（续） 返回