摘 要

二甲醚转变为液化石油气产品具有显著的市场和工业潜力，并且二甲醚在多个领域都是具有优秀性质的化学品。近年来二甲醚备受世界瞩目，被誉为“21世纪的清洁燃料”。

国内外合成二甲醚的方式层出不穷，现有的方式也依然在不断改进的过程中。通过比较其中不同的方法，确定甲醇气相脱水法合成二甲醚的工艺。该工艺是使甲醇蒸汽在绝热固定床反应器中通过固体酸催化剂生成二甲醚。通过前期准备工作，确定了二甲醚的生产流程。针对该流程做出相应的设计工作：模拟反应流程并优化，得到流程优化后的物流、能量数据汇成表格，并结合流程生成PFD图。为达到操作系统稳定，加入过程控制，对控制节点也用相应的图进行描述。对反应过程的能量进行初步计算，掌握各部分所需条件，进行节能环保生产。利用物流、能量数据对设备进行计算，确定所需要的二甲醚精馏塔、甲醇回收塔、绝热固定床反应器的尺寸及工作条件。最终确定了一个可行的年产20万吨二甲醚的生产流程。

关键词：甲醇，二甲醚，流程模拟，流程优化

Design of 200,000 tons Dimethyl Ether Production Process

ABSTRACT

The conversion of dimethyl ether to liquefied petroleum gas (LPG) products has significant market and industrial potential, and dimethyl ether is an excellent chemical in many fields. In recent years, dimethyl ether (DME) has attracted worldwide attention and is known as "clean fuel in the 21st century". Dimethyl ether has been synthesized in many ways at home and abroad, and the existing methods are still in the process of continuous improvement. By comparing the different methods, the process of gas phase methanol dehydration was determined. The process is to produce dimethyl ether from methanol vapor in an adiabatic fixed bed reactor through solid acid catalyst. Through the preparatory work, the production process of dimethyl ether was determined. The corresponding design work is made for the process: simulating and optimizing the reaction process, obtaining the flow and energy data aggregation table after process optimization, and combining the process to generate PFD diagram. In order to stabilize the operating system and add process control, the control nodes are also described with corresponding graphs. The energy of the reaction process is calculated preliminarily, the conditions of each part are mastered, and the energy-saving and environmental protection production is carried out. The size and working conditions of dimethyl ether distillation column, methanol recovery column and adiabatic fixed bed reactor were determined by calculating the equipment with the data of logistics and energy. Finally, a feasible production process of 200,000 tons of dimethyl ether per year was determined.

Key words：methanol, dimethyl ether, process simulation, process optimization

目 录

1 概述 - 1 -

1.1 设计依据 - 2 -

1.2 技术来源 - 2 -

1.2.1 液相甲醇脱水法制DME - 2 -

1.2.2 气相甲醇脱水法制DME - 3 -

1.2.3 合成气一级合成DME（CO，CO ₂和H ₂） - 3 -

1.2.4 催化蒸馏法制DME - 4 -

1.2.5 本设计采用的方法 - 4 -

1.2.6 催化剂 - 4 -

1.3 原料及产品规格 - 6 -

1.4 设计规模 - 6 -

2 技术分析 - 7 -

2.1 反应原理 - 7 -

2.2 反应条件 - 7 -

2.3 反应选择性 - 7 -

2.4 系统循环结构 - 7 -

2.5 分离过程设备 - 7 -

3 流程叙述 - 9 -

4 流程模拟与优化 - 10 -

4.1 DME分离塔T-201操作条件确定 - 10 -

4.1.1 塔T-101的压力 - 10 -

4.1.2 理论板数和二甲醚质量分率的关系 - 10 -

4.1.3 确定理论板数后，进料板对分离效果的影响 - 11 -

4.1.4 回流比对分离效果的影响 - 11 -

4.1.5 T-201优化后数据统计 - 12 -

4.2 甲醇回收塔T-202操作条件确定 - 13 -

4.2.1 塔T-202的压力 - 13 -

4.2.2 理论板数和产率的关系 - 13 -

4.2.3 进料板数对分离效果的影响 - 13 -

4.2.4 回流比对分离效果的影响 - 14 -

4.2.5 T-202后数据统计 - 15 -

4.3 各换热设备的热负荷及各换热单元组成的换热网络 - 15 -

4.3.1 各换热设备的热负荷统计 - 15 -

4.3.2 工艺物流的合理利用 - 16 -

4.4 惰气对分离效果的影响 - 17 -

5 过程控制 - 18 -

5.1 绝热反应器进料的控制 - 18 -

5.2 甲醇原料预热的控制 - 18 -

5.3 换热器E-203出口温度控制 - 18 -

5.4 精馏塔T-201塔底液位控制 - 18 -

5.5 V-201的液位控制 - 18 -

5.6 精馏塔T-201塔的回流量控制 - 18 -

5.7 精馏塔T-202塔底液位控制 - 18 -

5.8 V-202的液位控制 - 18 -

5.9 精馏塔T-202塔的回流量控制 - 18 -

6 设备计算 - 19 -

6.1 甲醇生成二甲醚反应器设计 - 19 -

6.2 分离系统的设计 - 19 -

6.2.1 二甲醚精馏塔T-201 - 20 -

6.2.2 未反应甲醇回收塔T202 - 20 -

7 结 论 - 22 -

7.1 研究成果 - 22 -

7.2 设计优点 - 22 -

致 谢 - 23 -

参考文献 - 24 -

附录 - 25 -

1 概述

二甲醚，也称甲醚，是最简单的一种醚化合物，英文名称缩写DME。是煤化工产业链下层的关键产物，作为柴油替代品和环保化学原料，随着工业技术的提高和煤化工多联产技术的完善而成功转型，其燃烧热值可达到347.6Kcal/mol，且不产生污染，因而备受瞩目。

在现今的亚洲地区，这种“21世纪的清洁能源”被广泛开发利用。相应的工厂也是层出不穷。

二甲醚是一种在常温常压下有淡淡的醚香味，无腐蚀性且无毒的气体。长期暴露在空气中不会变性。其沸点为-24.5.5℃在室温下以气态存在，但通常通过压力液化也能像液化石油气一样通过压缩储存在压缩罐中，且此时凝固点为-141.5℃，着火点为27℃，自然点为350摄氏度，十分安全稳定。二甲醚拥有可以与大多数非极性和极性有机溶剂混溶的良好的混溶性。二甲醚也易溶于如丙酮，汽油，乙酸，四氯乙烯和氯苯等这一类别的有机溶剂。

DME用途：