合成气一步法制备二甲醚的分离工艺流程模拟与优化

摘要

二甲醚（Dimethyl Ether）是一种多用途的新型清洁环保能源，其生产开发在化学工程领域受到了广泛关注。合成气一步法制备二甲醚的工艺较传统工艺两步法具有原料经济易得、操作灵活、CO单程转化率高、流程短、投资省、能耗低的优点，已经成为国内外目前研究的热点。本课题针对合成气一步法制备DME的分离工艺，从吸收剂的分析选择、利用现代技术优化工艺流程两方面同时着手，对工艺进行了模拟和分析，开发了高产品纯度、高选择性、低能耗的一步法制备DME的分离工艺。
　　本论文研究的主要内容、采用方法及所得结论包括如下几个方面：
　　（1）系统考虑合成气一步法制备DME自反应器出来的物流特点，利用过程系统工程的方法对工艺流程中含有吸收与精馏等单元操作的分离序列进行研究，开发了先吸收后精馏的分离工艺流程，为全流程的过程综合问题提供了理论指导的系统方法。
　　（2）利用Aspen Plus化工模拟软件对吸收塔进行模拟比较了甲醇和水作为吸收剂的能耗，模拟结果表明用水吸收较甲醇吸收总热负荷降低23.54％，总冷负荷降低35.97％，更为节能。对分离工艺流程进行了模拟计算和系统优化，确定了各个塔的回流比、塔板数及进料位置等最优操作条件，得到工艺一最优的操作条件，并确定了再沸器和冷凝器的负荷及其分离过程的总能耗。
　　（3）从节能降耗角度出发，根据不同的分离任务提出了采用两塔分离甲醇-水、增加甲醇脱水反应器的工艺二及多效精馏分离甲醇-水的两项工艺改进措施。模拟结果表明工艺二较工艺一在能耗不变的情况下DME产量增加了11.50%。进一步采用三塔精馏工艺总冷负荷比原工艺减少45.07％，总热负荷减少19.27%，且二甲醚产量增加11.15％，节能效果显著。较工艺二产量增加不明显,总冷负荷节能45.32％，蒸汽总负荷节能20.13%。使用多效精馏技术的工艺三较工艺一和工艺二能够在获得较高DME产量的基础上极大的降低能量消耗，具有较高的工业应用价值。
　　（4）进行了年产30万吨合成气一步法制备DME的分离生产工艺模拟计算，对预精馏塔C103进行了具体工艺设计，得到了塔设备的具体尺寸。以C106分离塔塔顶冷凝器为例，采用Aspen Tech公司最新开发的工业换热器软件Aspen Exchanger Design and Rating V7.3对其进行模拟设计，得到了换热器的设备尺寸等参数。

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1文献综述

1.1二甲醚生产

1.2 化工过程模拟

1.3化工过程综合

1.4 本文研究内容

2 合成气一步法制二甲醚工艺流程模拟

2.1 工艺流程的提出

2.2 吸收剂的选择及模拟分析

2.3 对工艺的过程模拟

2.4 本章小结

3 合成气一步法制备二甲醚工艺流程的优化设计

3.1 两塔分离甲醇水的工艺

3.2多效精馏分离甲醇水的工艺

4 30万吨/年二甲醚工艺设计

4.1 设计任务和技术指标

4.2 确定生产工艺流程

4.3 二甲醚精馏塔设计

4.4工艺流程中换热器的设计

4.5本章小结

5 结论

参考文献

符号说明

致谢

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