化工類開題報告范文(2)
化工類開題報告范文
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化工類開題報告范文3:
25萬噸/年二甲醚精餾系統(tǒng)及二甲醚精餾塔設計
一、課題的目的與意義
二甲醚又稱甲醚,簡稱DME,分 子 式:CH3OCH3 ,結 構 式:CH3—O—CH3 。二甲醚在常溫常壓下是一種無色氣體或壓縮液體,具有輕微醚香味。相對密度(20℃)0.666,熔點-141.5℃,沸點-24.9℃,室溫下蒸氣壓約為0.5MPa,與石油液化氣(LPG)相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多種有機溶劑。易燃,在燃燒時火焰略帶光亮,燃燒熱(氣態(tài))為 1455kJ/mol。常溫下DME具有惰性,不易自動氧化,無腐蝕、無致癌性,但在輻射或加熱條件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。
二甲醚是醚的同系物,但與用作麻醉劑的乙醚不一樣,卻具有神經毒性;能溶解各種化學物質;由于其具有易壓縮、冷凝、氣化及與許多極性或非極性溶劑互溶特性,廣泛用于氣霧制品噴射劑、氟利昂替代制冷劑、溶劑等,另外也可用于化學品合成,用途比較廣泛。
二甲醚作為一種基本化工原料,由于其良好的易壓縮、冷凝、汽化特性,使得二甲醚在制藥、燃料、農藥等化學工業(yè)中有許多獨特的用途。如高純度的二甲醚可代替氟里昂用作氣溶膠噴射劑和致冷劑,減少對大氣環(huán)境的污染和臭氧層的破壞。由于其良好的水溶性、油溶性,使得其應用范圍大大優(yōu)于丙烷、丁烷等石油化學品。代替甲醇用作甲醛生產的新原料,可以明顯降低甲醛生產成本,在大型甲醛裝置中更顯示出其優(yōu)越性。作為民用燃料氣其儲運、燃燒安全性,預混氣熱值和理論燃燒溫度等性能指標均優(yōu)于石油液化氣,可作為城市管道煤氣的調峰氣、液化氣摻混氣。也是柴油發(fā)動機的理想燃料,與甲醇燃料汽車相比,不存在汽車冷啟動問題。它還是未來制取低碳烯烴的主要原料之一。 由于石油資源短缺 、煤炭資源豐富及人們環(huán)保意識的增強,二甲醚作為從煤轉化成的清潔燃料而日益受到重視,成為2010年來國內外競相開發(fā)的性能優(yōu)越的碳一化工產品。作為 LPG和石油類的替代燃料,二甲醚是具有與LPG的物理性質相類似的化學品,在燃燒時不會產生破壞環(huán)境的氣體,能便宜而大量地生產。與甲烷一樣,被期望成為21世紀的能源之一。
二、研究現狀和前景展望
1.研究現狀
目前DME的制取工藝有合成氣一步法以及甲醇兩步法,其中兩步法包括甲醇液相法以及氣相法。甲醇液相硫酸催化法和甲醇氣相法制取二甲醚的生產技術較為成熟,兩種方法均有工業(yè)裝置運轉。
甲醇脫水法以精甲醇為原料,脫水反應副產物少,二甲醚純度高達99%,使用于有較高要求的氣霧產品,也可以用作制冷劑或醫(yī)用氣霧劑的拋射劑5,且三廢排放少。該工藝比較成熟,可以依托老企業(yè)建設新裝置,也可單獨建廠生產。但該方法要經過甲醇合成、甲醇精餾、甲醇脫水和二甲醚精餾等工藝,流程較長,因而設備投資大,產品成本高,受甲醇市場波動的影響也比較大。
合成氣法生產二甲醚的生產工藝在淤漿床中,反應溫度分布均勻,熱平衡較易控制,操作簡單且穩(wěn)定性好,生產成本低。合成氣法所用的合成氣可由煤、重油、渣油氣化以及天然氣轉化制得,原料經濟易得,因而該工藝可用于化肥廠和甲醇廠。這些工廠可將甲醇裝置適當改造用于生產二甲醚,形成規(guī)模生產。目前一步法生產二甲醚面臨的關鍵問題是:需要高效低價的煤制氣工藝及設備;需要能滿足大型化二甲醚生產的反應器;解決以煤為原料制二甲醚生產過程中CO2的利用問題; 相關催化劑的開發(fā)與生產;成熟而經濟的二甲醚分離提純技術。
2.前景展望
目前,盡管二甲醚產品供大于求,二甲醚在推廣應用上遇到一定的困難,但從以下幾方面分析,總體上對二甲醚行業(yè)來講是機遇大于挑戰(zhàn)。
( 1) 在2009 年5 月18 日國務院辦公廳下發(fā)的石化行業(yè)調整和振興規(guī)劃中,已將煤制二甲醚列為重點抓好的五類示范工程之一,說明利用煤炭高效清潔轉化生產二甲醚已引起國家的高度重視。國家發(fā)改委發(fā)布的《關于加強煤化工項目建設管理,促進產業(yè)健康發(fā)展的通知》中要求一般不應批準規(guī)模在1 000 kt /a 以下的二甲醚項目,這對于遏制盲目擴張二甲醚產能、引導二甲醚產業(yè)有序發(fā)展、保持二甲醚市場的相對穩(wěn)定將起到積極的作用。
( 2) 2010 年9 月2 日,中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理
委員會2010 年第4 號( 總第159 號) 文( 中華人民共和國國家標準批準發(fā)布公告) 聯合批準發(fā)布了編號為GB 25035—2010 的《城鎮(zhèn)燃氣用二甲醚》國家標準,標準對二甲醚作為城鎮(zhèn)燃氣使用的質量要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸和儲存提出了嚴格的規(guī)定,已于2011 年7 月1 日起實施。這使得二甲醚作為城鎮(zhèn)燃氣使用有法可循,二甲醚大規(guī)模進入民用燃氣市場有了合法的身份。
( 3) 經國務院批準,財政部、稅務總局聯合發(fā)布通知,為支持和促進二甲醚的推廣使用,自2008 年7 月1 日起,二甲醚按13% 的增值稅稅率征收增值稅,稅收上對二甲醚生產企業(yè)給予了一定的優(yōu)惠。這意味著政府已加大對替代能源———二甲醚的扶持力度。
( 4) 隨著二甲醚在城市公交車、出租車上的成功推廣使用和相應配套設施的建立和完善,二甲醚需求量會大幅增加,將為二甲醚提供一個穩(wěn)定的大市場。
( 5) 中國城市燃氣協(xié)會二甲醚專業(yè)委員會的成立,對促進二甲醚作為城鎮(zhèn)民用燃氣的進程將發(fā)揮積極的作用。
( 6) 隨著國際原油價格的瘋漲,我國作為一個石油進口大國,無疑會帶來較大的能源安全風險。在此情況下,國家發(fā)展和改革委辦公廳[2006] 1404 號文已將發(fā)展二甲醚煤基醇醚燃料列為緩解石油供應短缺、高油價矛盾替代工作的重點,這無疑為二甲醚行業(yè)帶來了良好的發(fā)展商機。
三、課題主要內容、擬解決的問題、研究特色和創(chuàng)新之處
1.主要內容
如圖所示,甲醇經過處理后進入二甲醚合成塔中反應,得到的產物中主要含有二甲醚、甲醇以及水分,將產物送入二甲醚精餾塔中進行精餾分離。由于分離體系中的泡點的不同,二甲醚泡點最低,故得到的輕組分為二甲醚,從塔頂分離出來,而甲醇和水分則從塔底從來。重組分中含有大量的未被反應的甲醇,再送進甲醇回收塔中進行分離,得到較純的甲醇再次循環(huán)利用。
本次畢業(yè)設計中應用的物料衡算是工藝設計的基礎,根據所需設計項目的年產量,通過對全過程或單元過程的物料衡算,可以計算出原料的消耗量、副產品量及輸出過程物料的損耗量等;并在此基礎上作能量衡算,計算出蒸汽、水、電、煤或者其他燃料的消耗定額;最終可以根據這些計算確定所生成產品的技術經濟指標。同時根據物料衡算所得的各單元設備的物流量及其組成、能量負荷及其等級,對生產設備和輔助設備進行選型或者設計,從而對過程所需設備的投資及其項目可行性進行估價。
2.需解決的問題
本次設計的流程有多種,根據對三廢排放、節(jié)能節(jié)源的比較,選擇工藝流程,并通過對精餾塔的比較以及對于經濟效益的比較,選擇本次精餾塔的類型,并且根據自己對整個流程的了解畫出本設計的物料流程圖,最后通過計算機繪制精餾工段的物料流程圖、精餾設備的控制流程圖、精餾塔的設備圖、±0.00平面的設備布置圖;用A2圖紙手工繪制二甲醚精餾工段的物料流程圖、預塔冷卻器的控制流程圖、預塔冷卻器的設備圖、±0.00平面的設備布置圖。
3.特色和創(chuàng)新
本設計考慮到原料的充分利用,即將未被反應的甲醇通過回收循環(huán)利用,這樣,既能減少原料的損耗,同時也符合經濟效益。同時,被設計中二甲醚采用的是甲醇氣相法,其優(yōu)點:
生產二甲醚的原料可為精甲醇或粗甲醇, 蒸汽消耗和生產成本較低。
二甲醚反應器是列管式反應器,反應溫度易控制,且催化劑在反應器中分布較均勻。
采用先進塔器內件和分離工藝, 回收效果好, 流程簡化, 醇耗低。
四、研究方法、步驟和措施
查閱并收集與畢業(yè)設計內容相關的資料,認真總結,完成文獻綜述;同時根據文獻綜述的詳細內容進行總結歸納,完成開題報告。
嘗試通過ASPEN PLUS,對甲醇精餾流程進行全流程模擬;對單個設備預塔冷卻器進行設計和模擬,并分析其操作影響因素從而得到一個較為可行性的優(yōu)化方案。
對全流程進行物料衡算、能量衡算,并對所使用的換熱器的設備尺寸進行計算,從而繪制工藝流程圖。
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