年产10万吨二甲醚项目设计说明书_化工设计竞赛1.doc

年产10万吨二甲醚项目设计 广西大学forward-团队 “三井化学”杯大学生化工设计竞赛forward team of guangxi university广西大学 forward团队三井化学杯大学生化工设计竞赛项目设计说明书项目名称：以蔗渣（蔗髓）为原料年产10万吨二甲醚项目117目 录第一章 总论11.1 项目名称11.2 企业和建设性质11.3 编制依据11.4 编制原则11.5 项目背景11.6 项目投资的必要性和经济意义21.7 工程项目研究概述31.8 本项目的特色与创新点4第二章 市场预测分析52.1 二甲醚特性52.2 二甲醚产品用途52.3 市场情况及预测72.3.1 国内市场72.3.2 国际市场82.3.3 市场预测102.3.4 二甲醚产品价格预测11第三章 产品方案及生产规模123.1 产品方案123.1.1 产品方案构成123.1.2 产品规格及质量指标123.2 生产规模12第四章 工艺技术方案134.1 工艺技术方案的选择及技术来源134.2 二甲醚合成工艺路线的现状及选择134.2.1 二甲醚生产工艺对比134.2.2 国内工艺发展路线174.2.3 二甲醚合成工艺方案的确定184.3 生物质超临界水气化氧化技术184.3.1 生物质超临界水气化技术的选择及意义184.3.2 超临界水中生物质气化原理及工艺选择194.3.3 超临界水氧化技术的运用224.4 合成二甲醚工艺条件的选取234.4.1反应特点234.4.2 热力学分析244.4.3 操作条件的影响244.4.4 催化剂作用原理254.4.5 co2加氢合成二甲醚催化剂的现状254.4.6 离子液体- 超临界二氧化碳( il -scco2) 两相体系274.5 工艺流程简述及原料消耗定额294.5.1 全厂总工艺流程和车间工艺流程说明294.5.2 生物质超临界气化制h2和co2工段304.5.3 co2加氢合成二甲醚工段324.6 主要设备的选择确定364.7原材料、动力规格及消耗量364.8工艺流程计算机仿真设计总图37第五章 原材料及动力供应395.1 原料供应395.1.1 主要原材料的来源、品种、贮存395.1.2 辅助材料品种、规格405.2 原料、辅助材料、燃料消耗量405.3 原料、燃料煤的采购及运输方式405.3.1 蔗髓来源及运输方式405.3.2 主要原材料、燃料价格现状及采购415.3.3 主要辅助材料采购41第六章 建厂条件及厂址方案426.1 建厂条件426.1.1 厂址的地理位置，地形，地貌概况426.1.2 建厂地区的自然条件426.1.3 建厂地区的交通运输条件436.1.4 中国贵糖集团概况446.1.5 基础设施建设446.1.6 投资环境分析456.2 厂区平面布置说明466.2.1 厂区组成466.2.2 生产区466.2.3 生活区476.2.4 环境保护和绿化476.2.5 厂区交通47第七章 公用工程及辅助设施建设方案487.1 公用工程初步方案和原则确定487.2 公用工程初步方案487.2.1 给排水487.2.2 供电配电系统及防雷防静电工程507.2.3 供电和电讯507.2.4 土建547.2.5 供热工程557.2.6 采暖通风及空气调整557.2.7 空压站 氮站577.2.8 电信工程58第八章 防雷、防静电工程618.1 雷击的危害618.2 采用的主要标准628.2.1 设备安装制作的基本要求628.2.2 罐、塔、容器固定设备的接地628.2.3 管网系统的接地638.2.4 装卸站台、码头区的接地638.2.5 汽车液化气罐车的接地638.3 静电保护和接地638.3.1 储罐区装置防静电648.3.2 防静电接地64第九章 节能669.1 概述669.2 编制依据669.3 编制原则669.4 节能措施669.4.1 工艺节能措施669.4.2 给水排水节能措施679.4.3 供电节能措施679.4.4 其他节能措施67第十章 环境保护6810.1 工厂建设地点及环境现状6810.2 执行的环境质量标准及排放标准6910.3 建设项目主要污染源、污染物6910.3.1 废气6910.3.2 废水7010.3.3 废渣7110.3.4 噪声7210.3.5 辐射7210.3.6 对生态环境的影响7210.4 解决方案7210.4.1 噪音的解决方案7210.4.2 绿化设计7311.1 概述7511.2 设计依据7511.3 仪表类型的确定7511.3.1 气动仪表选用原则7511.3.2 电动仪表的选用原则7511.4 典型控制方案的说明7511.4.1 离心泵的控制7511.4.2 压缩机的控制7611.4.3 风机的控制7611.4.4 换热器和再沸器的调节7711.4.5 精馏塔的调节77第十二章 维修7812.1 设备维修体制的选择7812.2 维修人员要求7812.3 维修人员的工作职责7912.4 维修方法7912.4.1 电动机的日常维修和保养7912.4.2 泵的日常检查与保养8012.4.3 塔、槽日常检查要点8212.4.4 给水管道系统的检查维修83第十三章 工厂管网8513.1 管道敷设及敷设方式8513.1.1 管道敷设种类8513.2 泵的配管8613.3 容器的配管8613.4 管架敷设8613.4.1 管架的选用8613.4.2 调节阀组的布置8713.5 塔的配管87第十四章 劳动保护与安全卫生8814.1 安全生产与卫生防护的意义8814.2 主要国家及行业的规范和规定8814.3 本设计特性及对职业安全卫生的要求8914.3.1 易燃物质氢气的性质8914.3.2 易燃物质二甲醚的性质8914.4 主要危险有害因素的分析9014.5 设计中采取的安全技术规则9014.5.1 防火防爆9014.5.2 防尘防毒、防尘9114.5.3 其它防范措施9214.6 安全卫生管理机构92第十五章 消防和报警设备安全设计9315.1 设计范围9315.2 设计标准/规范9315.3 本设计工程的消防环境现状9315.4 消防工程9315.4.1消防控制系统9315.4.2 消防人员设计9515.4.3 消防车分配9515.4.4 固定喷淋系统9515.4.5 夏季自动喷淋冷却装置9515.4.6 水喷雾灭火系统9515.4.7 泡沫灭火系统9615.4.8其他灭火系统96第十六章 工厂组织和劳动定员9816.1 管理体制及组织结构9816.2 生产班制和定员9816.3 人员来源和培训9916.3.1 人员来源9916.3.2 人员培训规划99第十七章 项目实施规划10117.1 建设周期的规划10117.1.1 建设周期内拟分阶段10117.1.2 建设周期总时间10117.2 实施进度规划10117.2.1 各阶段实施规划10117.2.2 项目实施规划进度表10117.3 项目实施进度优化102第十八章 产品营销10318.1 目标市场10318.2 树立正确的营销意识10318.2.1 顾客至上的观念10318.2.2 战略观念10318.2.3 质量观念10318.2.4 时间观念10318.2.5 竞争观念10318.2.6 效率效益观念10318.2.7 人才观念10418.3 营销策略10418.3.1 产品策略10418.3.2 价格策略10418.3.3 分渠道策略10418.3.4 促销策略104第十九章 投资估算和资金筹措方案10619.1 资金估算10619.1.1 投资估算编制说明10619.1.2 投资估算编制依据和说明10619.1.3 建设投资估算10619.1.4 流动资金估算10719.1.5 总投资估算10719.2 资金来源和筹措方案107第二十章 财务分析10820.1 产品成本和费用估算10820.1.1 原料费用估计10820.1.2 辅助材料及动力费用10820.1. 3 工厂各级员工年薪表10820.1.4 各级员工福利水平10920.1.5 折旧及摊销估算10920.1.6 总成本费用估算11020.2 销售收入及税金计算11120.3 损益及利润分配估算11120.4 现金流量11220.5 投资收益分析11220.6 盈亏平衡分析11220.7 敏感性分析113参考文献114附录一 工艺流程物料衡算和热量衡算11.1 物料衡算11.1.1 加压预热11.1.2 生物质超临界水化反应单元51.1.3 做功、换热、冷却71.1.4 气液分离、加压91.1.5 循环气加压、混合、冷却91.1.6 二甲醚合成反应、做功、冷却单元91.1.7 吸收单元91.1.8 精馏单元191.1.9 精馏单元291.2 热量衡算91.2.1换热器91.2.2反应器91.2.3闪蒸罐91.2.4吸收塔91.2.5 精馏塔9附录二 设备选型及典型设备设计91 精馏塔计算说明书91.1 设计方案的确定与说明91.1.1 设计方案的确定91.1.2 方案说明91.2 工艺计算91.3 设备的计算(塔径尺寸、塔板结构、塔板问题、流体力学校核)91.3.1 塔径的计算91.3.2 .塔板结构91.3.3 流体力学验算91.3.4 塔板负荷性能图91.4 辅助设选型91.4.1 塔顶全凝器91.4.2 再沸器91.4.3 除沫器91.5 辅助材料的计算和尺寸选取（gb8163-87和jb73-59）91.5.1 进料管91.5.2 回流管91.5.3 釜液出口管91.5.4 塔顶蒸汽管91.5.5 再沸器入塔管91.6 强度校核91.6.1 塔体压力验算91.6.2 封头验算91.7 设计结果汇总92 换热器设计说明书92.1 设计任务92.1.1 设计题目92.1.2 设计任务92.1.3 设计要求92.1.4 换热器设计的基本内容92.1.5 工艺流程图和主要设备工艺条件图92.2 设计方案92.2.1 换热器类型的选择92.2.2 流体流入空间的选择92.2.3 流体流向的选择92.2.4 流速的选择92.2.5 换热器的选材92.2.6 换热器设计的意义92.3 换热器的设计预算和核算92.3.1确定物性数据92.3.2 估算传热面积92.3.3 工艺结构尺寸92.3.4 换热器核算92.4 换热器的设计要求92.4.1 管子材料92.4.2 管子排列92.4.3 管板92.4.4 封头和管箱92.5 换热器机械设计计算92.5.1 壳程圆筒计算92.5.2 前端管箱筒体及封头计算92.5.3 后端管箱筒体及封头计算92.6 评价与建议92.6.1 换热器的评价92.6.2 换热器的最优化设计93 反应釜设计说明书93.1 合成dme反应釜主体工艺设计93.1.1 反应釜容积93.1.2 反应釜直径93.1.3 筒体高度93.1.4 筒体选材与水压校核93.1.5 椭圆型标准封头93.2 合成dme反应釜附属设备设计93.2.1 搅拌器的设计93.2.2 支座的设计93.2.3 法兰的选用93.2.4 电动机的选用93.2.5 减速器的选用94 其它设备选型94.1 压缩机94.2 泵94.3 冷凝器94.4 闪蒸罐94.5二甲醚储罐94.6填料塔94.7 第一精馏塔94.7.1 精馏段塔径的计算94.7.2 提馏段塔径的计算94.7.3 塔高估算94.7.4 塔厚估算94.7.5 塔重估算95 设备一览表96.工厂管线设计96.1 管道的布置设计96.2 补偿器的种类和布置方式96.3 检修平台及检修通道的设置96.4管道设计原则9参考文献9 第一章 总论1.1 项目名称中国贵糖集团以蔗渣（蔗髓）为原料年产10万吨二甲醚生产项目。1.2 企业和建设性质企业性质：股份有限制。建设性质：新建。1.3 编制依据(1) 三井化学杯大学生化工设计竞赛指导书。(2) 由forward设计小组编写的中国贵糖集团二甲醚分厂项目建议书及上级部门有关指示。(3) 中国贵糖集团二甲醚分厂关于连续法二甲醚生产工艺的专利报告。(4) 由forward设计小组提供有关该项目的技术经济基础资料。(5) 由forward设计小组中国贵糖二甲醚分厂总平面图。(6) 有关贵港地区的气象、水文、交通、环保资料。1.4 编制原则(1) 认真贯彻执行国家基本建设的各项方针、政策和有关规定，执行国家及各部委颁发的现行标准和规范。(2) 充分利用广西特色资源，依靠贵糖以及周边各糖厂已有的原料基础。(3) 大力推进技术进步，积极采用新工艺、新技术，解决以往陈旧工艺的缺点和弊端。(4) 装置设计采用可靠的安全技术，严格执行国家现行的有关安全法规，并注重提高机械化和自动化水平。(5) 设计中尽一切努力节能降耗，节约用水，提高水的重复利用率，减少一次水的用量。(6) 设计中选用环保生产工艺路线，生产过程中尽量减少“三废”排放，同时三废治理要做到同时设计、同时施工、同时投产、并考虑环保的综合治理。1.5 项目背景二甲醚作为一种新型的替代能源具有巨大的发展潜力，不仅可代替液化石油气亦优于液化石油气，而且能替代柴油亦优于柴油，得到了世界各国的广泛重视1。随着我国经济的发展，石油消耗不断增加。实施替代能源战略是抑制高油价影响的重要措施。发展二甲醚(dme)等煤基醇醚燃料有利于缓解石油供应短缺矛盾，是近期替代工作的重点2。此外普通燃料燃烧产生废气，污染大气环境。在发达国家，民用洁净燃料问题已基本解决，但由于汽车很普及，发动机使用洁净燃料成为环境保护的重要课题。目前禁用含铅汽油，在汽油中添加mtbe及甲醇等含氧化合物已较普及。柴油发动机的主要问题是氮氧化物和颗粒物质黑烟的排放，形成市区酸雨，破坏臭氧层，这些问题都有待解决。在中国等发展中国家，除了像发达国家一样要解决发动机使用洁净燃料问题外，还急需解决民用洁净燃料问题3。在众多的替代燃料中，二甲醚属于比较有发展前途的燃料，可用作民用洁净燃料，有诸多的优点：在同等温度条件下，二甲醚的饱和蒸汽压低于液化石油气，其储存、运输等比液化石油气安全；二甲醚在空气中的爆炸下限比液化石油气高一倍，因此在使用过程中，二甲醚作为燃料比液化石油气安全；虽然二甲醚的热值比液化气低，但由于二甲醚含氧，在燃烧过程中所需空气比液化气低，从而使得二甲醚的预混合热值与理论燃烧温度均高于液化气；二甲醚自身含氧，组分单一，碳链短，燃烧性能良好，热效率高，燃烧过程中无残液，无黑烟，是一种优质、清洁的民用燃料4。因此，二甲醚工业的发展主要立足于燃料市场是一基本市场定位。目前，在我国液化气已十分普及，我国液化石油气每年进口均在4000万吨以上，倘若二甲醚作为民用燃料能得以推广，则因燃气需求量不断增加而导致大量进口液化石油气的局面迅速扭转。二甲醚是一种潜在的汽车发动机燃料，其十六烷值达 5566，高于柴油4455的水平。自燃点温度低，自身含氧，燃烧后生成黑烟少，对金属无腐蚀，对燃油系统材质无特殊要求。而且二甲醚可直接燃烧于柴油发动机，只对油箱及输油管路进行改动即可。使用二甲醚可使发动机的功率提高1015%，热效率提高 510%，燃烧噪音可降低1015db，排放尾气中nox、co和hc分别比柴油机低30%、40%和50%，符合欧标准和美国加州超低排放ulev标准，是一种理想和洁净的柴油替代品。随着我国机动车保有量的日益增加，汽车排放尾气已成为大气的主要污染源之一。使用二甲醚燃料，不仅能大大改善尾气排放对环境的污染，更重要的是生产成本低，系统花费少，燃料来源有保障。二甲醚作为车用代用燃料，有着天然气、甲醇、乙醇、氢气不可比拟的综合优势。目前，我国柴油的年消费量已近1亿吨。二甲醚作为良好的柴油替代燃料，按其对柴油的替代率为10%计算，一年也需1000万吨。因此，二甲醚作为汽车燃料其发展前景极其广阔，并可带动一大批相关行业。1.6 项目投资的必要性和经济意义能源化工是支持一个国家生存和发展、强大的主要基础和依靠，经过人类文明的积累和经济建设，对这块行业的关注度开始要因为环境的变化而产生重大变革。随着世界石油价格的飙升、石油市场的不稳定，以及近年来中国石油需求迅速增加，导致进口量猛增，预计到2020年，每年将有约2.5亿t石油缺口，面对这一系列问题，引发了国内对中国交通替代能源研究和开发的讨论5。二甲醚的开发，不仅具有经济性、环保性，更具有战略性。大力发展二甲醚作为石油替代的战略能源符合中国国情，有利于能源化工多元化结构及多联产体系的发展。国外关于dme燃烧性能研究表明，dme能够实现发动机高效，超低排放，柔和燃烧，排烟为零，燃烧噪声比传统柴油机低，所排放尾气无需用催化转化处理就能满足有关汽车超低排放尾气的标准。二甲醚作为民用燃料有许多优点，甚至比lpg使用更加方便,但能否用作城镇燃气,主要取决于二甲醚的价格。二甲醚作为燃料，其价格的竞争力与lpg的价格密切相关。从2003年以来，成品油价格先后经过近9次调整；2006年以来，国家在3月26日和5月24日对成品油价格进行了2次调整，其中5月24日是历年来调整幅度最大的一次，致使上半年汽油价格同比上涨16.5%、柴油价格同比上涨18.2%，比2000年平均价格增长69.4%和69.1%。世界液化气市场的基准价格中东液化气合同价，从前几年不足300美元/t 提高到2004年年平均348 美元/t，而2005年又跃升为427 美元/t，涨幅达23%。我国液化气的进口成本也相应提高22%，2005年平均到岸价已达459 美元/t。到2006年平均出厂价格达到4620元/t，进口lpg完税价格达到5110元/t，而且预计近期大幅下降的可能性不大。以近两年数据为计算依据，20052006年间国产lpg平均出厂价格为4437元/t，考虑发热量、燃料效率等因素，二甲醚lpg替代比按1.21计算，二甲醚可竞争的市场价格为3698元/t。即目前当二甲醚市场价格低于3698元/t时，二甲醚竞争力优势明显。随着工艺路线的改进，原料的变更，其成本有可能还会大大降低，竞争优势继续增强。如果用dme替代lpg，仅取代进口一项，估计到2010年需要替代 lpg的燃料级dme达1500 万t(lpg进口量按年增长率10%估算，并以lpg替代dme当量比1：1.15计)。因此，对二甲醚来说，不存在市场需求问题，关键在于成本的控制。我们可以预测在不久的将来，二甲醚汽车将以其高效、环保等优点逐渐替代原有的柴油机汽车。随着我国汽车保有量的增加，二甲醚作为汽车燃料替代柴油的市场前景极其广阔6。1.7 工程项目研究概述随着化石能源的日趋枯竭及其使用所带来的环境问题的日益严重，人类将面临严重的能源危机与环境污染。本项目的设计构思是在当前能源短缺，提倡大力开发可再生资源的形势下，在技术支持及专家的科学论证的基础上提出的。本设计项目的研究开发方向是超临界co2加氢直接制取二甲醚。通过充分利用广西的特色资源蔗渣作为生物质汽化制氢的原料，运用超临界水气化制氢技术制取h2和co2，作为直接合成燃料二甲醚的原料。本项目的设计构思符合可持续发展对能源的要求。广西是我国甘蔗制糖的主产区，07/08榨季，广西累计产糖937.2万吨，占全国总产量的63.17%。平均每生产1吨蔗糖就会产生1吨的蔗渣。蔗渣是制糖工业的副产品，它含有丰富的纤维素，可作为纤维原料来使用。蔗渣由真纤维或称除髓蔗渣（简称蔗渣）和蔗髓两部分组成。真纤维的长宽比值约为70：1，而蔗髓的长宽比值只有5：1左右，蔗髓是甘蔗柔软的薄壁细胞，似海绵状结构，由于大小不一，形状不整齐，且吸湿性强，这对造纸及人造板等综合利用均有不良影响。因此，在利用蔗渣造纸及人造板时，一般都先将蔗髓筛分除去。蔗渣中蔗髓约占35%40%，但至今蔗髓利用空间依然很有限，大多数糖厂尚未充分利用蔗髓，而只将其作为锅炉燃料烧掉。然而，蔗髓作燃料并不是很经济的利用途径，因为从热值来看，含水分50%的蔗渣，其燃烧值约为92119839kj/kg，与其它燃料相比较，一吨湿蔗渣相当于：天然气0.15 t，燃料油0.18 t，烟煤0.28t，木材0.55 t。可见，利用蔗髓作锅炉燃料是不经济的，没有做到物尽其用。用蔗髓作为生物质气化制取h2的原料，合理利用废弃物制造可再生能源，为生物质制氢的规模化、工业化提供了适合的途径。另外利用超临界co2加氢直接合成dme工艺作为合成dme的一种新路径正处于探索阶段。co2是地球上最丰富的碳资源，由它引起的温室效应已给人类生态平衡带来了巨大的损失。因此，以co2为原料合成各种化学品来实现co2的循环利用已引起各国研究者的兴趣。由于co2加氢制甲醇受到热力学平衡的限制，使人们开始关注co2加氢直接制dme。这样就可打破co2加氢制甲醇的热力学平衡，提高co2的转化率。但目前国内研究co2加氢直接制dme的转化率还较低，我们希望通过本次项目研究，设计出一套较合理的co2加氢直接制dme工业化流程。多余的co2送往碳酸二甲酯车间7。1.8 本项目的特色与创新点(1) 直接采用本地区优势资源甘蔗渣筛分出来的粉状废弃物蔗髓为原料，经生物质超临界水气化法(scwg)制取h2和co2，再经超临界co2/复合离子液体催化反应分离耦合法co2加氢合成二甲醚。利用农产品废弃物制取新能源，这是本项目的主要特色。(2) 采用生物质超临界水气化法(scwg)直接制氢，克服了传统方法需先粉碎干燥后再裂解制氢的缺点，由于蔗髓自身是海绵状粉末，大大提高了气-固传递速率，致使蔗髓能在瞬间完全气化，这是本项目的创新点之一。(3) 采用超临界co2和h2为原料、复合离子液体为催化剂经反应分离耦合的方法合成二甲醚，消清除产物累积而引起的反馈抑制作用，这是本项目的创新点之二。(4) 采用变压吸附循环回收h2，剩余的co2送往碳酸二甲酯(dmc)车间作原料，整套二甲醚装置是节能环保的清洁生产过程，这是本项目的创新点之三。第二章 市场预测分析2.1 二甲醚特性dme的化学结构式为 ch3och3，不含cc键，其氧质量分数为34.8%，具有轻微的醚香味。在空气中长期暴露不会形成过氧化物。能溶于水、甲醇和乙醇等溶剂，但不会腐蚀金属。dme毒性很低，蒸气有刺激和麻醉作用。dme的半衰期较短，极易在对流层降解为co2和h2o，在光化学反应中，不会产生甲醛，对大气臭氧层无破坏作用和无温室效应。因此，二甲醚具有惰性、无腐蚀性、无致癌性、几乎无毒。常温常压下为无色可燃性气体，加压到0.50.6 mpa可变为液体，dme的饱和蒸气压低于液化气，37.8 时，1380 kpa，适于贮存、运输，并且燃烧性能好，热效率高，燃烧过程无残渣、无黑烟、co、no排量低，二甲醚还可以掺入液化气、煤气或天然气混烧并能提高热量，纯度高于95%的二甲醚可替代液化气作燃料。从燃料特性上看二甲醚完全可替代柴油和液化石油气(lpg)，但却不会像石油基燃料那样排放大量的环境有害物质，因此二甲醚属环境友好燃料。2.2 二甲醚产品用途二甲醚由于特有的分子结构和理化性质，因此广泛应用于化工、农药、日用化工和制冷等领域，用于制造喷雾油漆、杀虫剂、空气清香剂、发胶、防锈剂和润滑剂等。二甲醚主要用作烷基化剂、溶剂和优良的气雾推进剂，可取代氟里昂，成为理想的制冷剂。甲醇和二甲醚按一定比例配制的新型醇醚燃料，燃烧效率和热效率均高于液化气，具有较大的应用潜力8。(1) 燃料 替代lpg作民用燃料由于dme具有与lpg相似的物理性质，同时又具有完全燃烧、污染物少等特点而且储存、运输、使用比液化石油气安全，在中国作为新型清洁民用燃料，弥补市场上lpg的不足，并在广大小城镇没有用上lpg的居民中使用，具有很大的市场9。 替代柴油作车用燃料二甲醚的十六烷值高，为5060，是柴油机的理想燃料。二甲醚减压后呈气态，汽车使用不存在冷起动问题。纯度为93%的二甲醚可直接作为替代液化气的燃料使用，而纯度为97%时即可直接替代柴油作为车用燃料，使用二甲醚作燃料，汽车尾气不需要催化转化处理。研究表明，dme发动机的功率高于柴油机，可降低噪音，实现无烟燃烧，其尾气排放能达到欧洲和美国加州超低排放标准，是理想的柴油代用燃料。二甲醚机动车燃料和柴油燃料的特性比较如表2-1所示。表2-1 二甲醚和柴油的主要物理特性比较名称二甲醚柴油化学式ch3-o-ch3cxhy分子重量46.07190220沸点()-24.9180360续表2-1 二甲醚和柴油的主要物理特性比较名 称二甲醚柴油化学式ch3-o-ch3cxhy分子重量46.07190220沸点()-24.9180360液体密度(g/cm3)0.6610.84理论空气燃料比率9.014.6十六烷值55604055蒸气化潜热(kj/kg)460290低热值 mj/kg28.8442.5自燃温度()235250粘结性(cp)0.154454碳(%)52.286.0氢(%)13.014.0氧(%)34.80二甲醚经研究指出，二甲醚作为马达机动车燃料使它成为一种代替柴油的理想的新型燃料，因为：(a) 二甲醚的十六烷值比柴油高(5560)；(b) 自燃温度低；(c) 在燃烧期间产生的碳质烟雾排放物极少；(d) 对金属无腐蚀；(e) 在用于石油燃烧系统时，无需专门的材料要求；(f) 具有高能量，低噪音，而且在燃烧时无颗粒释放物，因此二甲醚可以满足柴油机的环保要求。(2) 发电厂的燃料替代品用二甲醚发电，800 ktpa 二甲醚可供一个装机400mw 电厂的燃料需求。(3) 替代氟氯烃作气雾剂以前气雾剂产品大量使用氟氯烷作抛射剂(推进剂)，由于使用时氟氯烷全部释放到大气，对大气臭氧层造成严重破坏，从而影响人类健康、动植物生长和地球生态环境，因此，世界各国都在致力于寻找氟氯烷的替代品。1995年发达国家已经禁止使用氯氟烃作为气雾剂，发展中国家也已在2005年停止使用氯氟烃，我国从1998年起禁止气雾剂中使用氟氯烷（医疗用品除外）作抛射剂，氟氯烷的替代品现有lpg、dme、压缩气(co2、n2、n2o)、氢氯氟碳(hcfc)、氢氟碳(hfc)。dme物理性质与氟利昂相似，作为氟氯烃的替代物用作气雾剂，具有不污染环境、不破坏臭氧层、良好的相容性、毒性微弱等优点，在气雾剂工业中的应用正以其良好的性能及相对较好的安全性能逐步替代压缩气体、氟里昂及丙(丁)烷气，成为第四代抛射剂的主体。(4) 替代氟氯烃制冷剂二甲醚的沸点较低，气化热大，气化效果好，其冷凝和蒸发特性接近氯氟烃，二甲醚将是替代氯氟烃制冷剂的主要品种之一，保护了大气臭氧层。以二甲醚为基础原料配制的环保制冷剂，具有无毒无害、安全可靠、化学性能稳定、单位容积制冷量大、流动阻力小、在常温和低温范围内压力适中、热效率高等优点，是一种很有前景的氟利昂长期性替代物。(5) 替代溶解乙炔作金属切割剂与焊接剂以dme为母体的新型切割或焊接用燃气可以全功能替代溶解乙炔,具有切割焊接效果好、原材料损耗少、环保又节能、省工、成本低等优点。(6) 化工原料二甲醚是一种有机中间产物，可以羰基化制乙酸甲酯、乙酐，制医药、农药、染料，用作烷基化剂与苯胺反应生成n，n-二甲基苯胺10，与co2反应生成甲氧基乙酸，与硫酸生成硫酸二甲酯，与氰化氢反应成腈，二甲醚合成低碳烯烃的研究正成为国内外研究的热点。二甲醚还可以进一步制取碳酸二甲酯、乙炔、丙烯等。(7) 其它用途二甲醚还可用作聚苯乙烯、聚氨基甲酸乙酯、热塑聚酯泡沫的发泡剂，发泡后的产品具有孔径大小均匀并有良好抗裂性等优点11。2.3 市场情况及预测2.3.1 国内市场二甲醚作为煤化工的产物，可以用来与液化石油气或柴油掺烧，在民用燃料、柴油替代等方面有很大的市场前景。二甲醚产业还具备原材料多样、国内技术成熟等优势，在国际原油价格高企的背景下，近几年的发展呈直线上升之势。2006年，我国二甲醚年产能为44.5 万吨，而2007年，这一数字暴增了394%，达到220万吨，预计到2008年我国二甲醚年产能将达到436万吨12。我国主要的dme生产企业情况如表2-2所示。目前dme的消费主要集中在气雾剂、化学品中间体以及燃料等方面。dme的发展今后主要是在集中民用燃料、车用燃料等方面。(1) dme替代lpg作民用燃料随着我国人口不断增长与城镇人口的发展，lpg消费量将不断增长，lpg消费量己从1997年的10097 kt增至2004年的20970 kt。但国内lpg增产能力有限，1/3的lpg依赖进口，2004年lpg 进口量为638万t，2005年进口量达到614.12 万t，2006年达到535万t，已经成为仅次于日本的第二大lpg进口国。如果用dme替代lpg，仅取代进口一项，估计到2010年需要替代lpg的燃料级dme达1500 万t13。据悉，二甲醚作为民用燃料，在中、小城镇和广大农村有广阔的市场前景，目前已经开始在山东、四川、陕西、云南、安徽、重庆等地区逐步推广使用。2007年，民用燃料二甲醚消费量约100 万t，占二甲醚总消费量的94%14。表2-2 我国主要的dme生产企业情况企业名称生产能力/kt/a生产方法投产日期广东中山精细化工实业有限公司5气相催化脱水1994年山东久泰化工科技有限公司50液相催化脱水2003年80液相催化脱水2005年云南解化集团有限公司5气相催化脱水2004年四川泸州天然气化工集团公司10气相催化脱水2004年100气相催化脱水2006年上海焦化有限公司5气相催化脱水2006年陕西渭化集团公司10气相催化脱水2006年安徽蚌埠新奥燃气公司10气相催化脱水2006年河南罗山金鼎化工有限公司10气相催化脱水2006年内蒙古伊高化学有限公司20气相催化脱水2006年陕西丰喜集团公司10气相催化脱水2006年湖北宜昌田田化工有限公司10气相催化脱水2007年云南滇中化工厂20气相催化脱水2007年湖北潜江华润化肥有限公司25气相催化脱水2007年陕西渭河化工科技有限公司50气相催化脱水2007年(2) dme替代车用燃料目前我国每年耗用的柴油已达1亿t左右，其中40%50%是用于交通车船上，供需矛盾较大。如果按年增长5%预测，到2010年柴油消费量将达到大约13792万t，以替代10%的柴油来估算，并按1.41t的dme和1t的柴油发热量相同考虑，则替代柴油所需要的燃料级dme约为1945万t。可见，在未来510 a，dme用作汽车燃料有难以估量的潜在市场，市场前景乐观。据中国证券报，在2010年前，我国将主要在城市公交系统中少量使用二甲醚燃料。其中上海市2007年首批10辆二甲醚公交车上路，并建设了首个二甲醚加气站。2008年将开通100辆，2010年达到1000辆二甲醚公交车的规划目标。2.3.2 国际市场目前，世界二甲醚的生产能力为每年170,000吨，产量每年150,000吨。亚太地区二甲醚的生产能力为55,000吨(占全球产能的32.3%)，产量为42,000吨(占全球产量的28%)。中国的生产能力为22,000吨/年。大部分二甲醚作为空气推进剂。目前世界上生产的二甲醚几乎都是用天然气合成的。二甲醚生产厂及各国的生产能力如表2-3所示。表2-3 世界二甲醚生产能力(2001年)公司名称生产能力(公吨/年)壳牌/rwe公司（德国）60,000hamburg 二甲醚公司（德国）10,000arkosue 公司（荷兰）10,000dupont （美国）15,000澳大利亚10,000台湾15,000日本10,000中国22,000总产量152,000另外，一些项目正在开发过程中，日本公司和政府正在对世界上的几个二甲醚项目进行预可行性研究。mtsubishi气体化学公司正在对澳大利亚西部的150万吨/年的二甲醚厂和200万吨/年的甲醇厂进行预可行性研究，该厂将于2005年正式投产。生产的二甲醚将用于发电和作为柴油发动机的燃料。日本还正在对卡塔尔、印度尼西亚和澳大利亚的规模为25004000吨/天的工厂(jfe公司研究)、伊朗和印度尼西亚的7000吨/天的工厂进行研究。由于二甲醚的市场需求潜力十分巨大，在世界范围内，二甲醚的建设已经成为热点，一些大型二甲醚装置已在筹建之中。二甲醚开发公司(由道达尔菲纳埃尔夫公司和日本8家公司组成的财团)计划建设能力为2500吨/天的商业化二甲醚装置。日本东洋工程公司完成了在中东建设单系列250万吨/年二甲醚装置的可行性验证，该装置于20052006年建成。bp公司、印度天然气管理局、印度石油公司将投资6亿美元建设180万吨/年商业化二甲醚生产厂，用以替代石脑油、柴油和lpg，建设工作已于2002年开始，定于2004年投产。目前世界上二甲醚的生产主要集中在美、德、荷兰和日本等国，2002年世界(不包括中国，下同)总生产能力为20.8万吨/年，产量为15万吨，开工率为72%。国外二甲醚的主要生产厂家有美国dopnt公司、荷兰akzo公司、德国dea公司和united rhine lignite fuel公司等，其中德国dea公司的生产能力最大，生产能力为6.5万吨年。世界上二甲醚的主要生产厂家如表2-4所示。表2-4 世界二甲醚的主要生产厂家生产厂家生产能力 (万吨/年)dopnt (美国)3.0dea （德国）6.5united rhine lignite fuel (德国)3.0akzo （荷兰）3.0csr（澳大利亚）1.0mitsui toatsu (日本)0.5续表2-4 世界二甲醚的主要生产厂家生产厂家生产能力 (万吨/年)kang sheng (日本)1.8nkk （日本）1.0合计20.82.3.3 市场预测我国正处于工业化，城市化进程之中，随着经济社会的快速发展，对能源特别是石油的需求越来越大，石油供需矛盾已成为制约国民经济发展的一大瓶颈。自1993年我国开始成为石油净进口国以来，国内石油消费量年均增长超过7%，而国内原油产量年均增长不足2%。我国已成为了世界第二大石油进口国。随着我国经济的发展，中国对于石油的需求有增无减，据国际能源机构预测显示，到2010年，我国石油需求将达3.75 亿吨，到2020年，将达到5.03 亿吨，而我国石油的产量2020年将保持在2 亿吨左右，石油消耗将达4.5 到5.1 亿吨，进口石油依存度将达55%以上15。表2-5 中国lpg的需求和进口量年lpg需求量（吨）lpg进口量（吨）1979210,00001985547,000019901,428,000117,000200013,427,0004,818,000200522,200,00011,400,000201029,700,000不详寻找可替代石油的能源二甲醚，改变我国贫油少气多煤的能源现状，是中国的能源国情。按照中国化工网行情中心的预测，我国二甲醚年产能2008 年将达到436 万吨，2010 年将再增240%，达到1484 万吨。dme的发展今后主要是在集中民用燃料、车用燃料等方面。在民用燃料方面，纯度高于95%的二甲醚可替代液化气作燃料二甲醚液化燃气的安全、清洁，已越来越受到青睐。2007年，民用燃料二甲醚消费量约100 万吨，占二甲醚总消费量的94%，估计到2010年需要替代lpg的燃料级dme达1500万t，因此二甲醚液化气市场前景十分广阔。在车用燃料方面，将二甲醚加进汽(柴) 油中，可提高油品的辛烷值(十六烷值)，具有明显的燃烧经济性。不仅改善车辆的冷启动性和加速性能,而且还降低尾气排放。据悉预计到2010年柴油消费量将达到大约13792万t，按对柴油的替代率为5%计算则替代柴油所需要的燃料级dme约为1945万t。目前世界上，50%的二甲醚用做气雾剂，约35%用来生产硫酸二甲酯，15%的作为燃料和其他用途，预计到2010年,气雾剂行业的需求量约3104 t/a；化工应用、制冷剂、发泡剂等领域约需dme 2104 t/a。前几年，我国汽油、柴油价格比二甲醚低，所以二甲醚主要用于工业领域。但近来国际石油价格屡屡突破100美元大关，专家预测高油价意味着后石油时代的到来。在这样的背景下，二甲醚的价格优势和替代能源的作用逐渐显现出来。目前，二甲醚每吨价格平均比柴油低二三百元，比液化气平均低七八百元。再加上二甲醚的环保、安全性能，在车用、民用领域推广使用前景看好。2.3.4 二甲醚产品价格预测本厂生产的二甲醚初期市场主要是周边的省市地区，为居民和饭店提供清洁燃料，直接代替lpg，现有lpg的设备可以直接用于二甲醚，所以满足所有的操作要求和环境要求。近年来二甲醚价格较去年有较大幅度的上涨，对二甲醚的市场前景是看好的，但是二甲醚产业是个投资少，见效快的产业，近年来，产能扩张异常迅猛，新增了一大批的项目建成投产，所以曾在着很大的市场竞争力，另一方面，二甲醚需求十分有限，就目前情况来看，二甲醚主要用于民用燃料，国内二甲醚应用领域开发十分缓慢。因此，在考虑二甲醚出厂价格时必须考虑上面几个因素，该项目最大的优点就在于成本优势，传统二甲醚生产原料为甲醇，原料来源紧张，成本较高，就热值而言，同等条件下，二甲醚热值为31450千焦/千克，不足液化石油气45760千焦/千克的70%。考虑到液化石油气不能燃尽的残液部分，二甲醚实际热值约为液化石油气的80%，因此在价格上二甲醚的价格就要折扣20%，为了和周边地区现在使用的lpg竞争同时考虑到同行业的竞争，本项目以3500元/吨进行技术经济评价。第三章 产品方案及生产规模3.1 产品方案3.1.1 产品方案构成在市场分析和预测的基础上，该分厂以贵糖集团为依托，利用广西特色资源蔗渣，运用超临界水气化制氢技术制取h2和co2，作为直接合成燃料二甲醚的原料。通过年加工38.66万吨蔗髓，生产二甲醚10万吨/年。3.1.2 产品规格及质量指标燃料二甲醚产品的质量应满足中华人民共和国化工行业标准hg/t3934-2007规定的技术指标见表3-1。表3-1 二甲醚产品技术指标成分指标(质量分率)二甲醚0.990甲醇0.005水份0.0033.2 生产规模本项目主要工艺选用超临界水气化制氢技术制取h2和co2，直接合成燃料二甲醚。设计规模确定二甲醚装置公称能力10万吨，年工作日为300天，操作时数为7200小时/年。其它装置都是根据工艺装置规模配套的。第四章 工艺技术方案4.1 工艺技术方案的选择及技术来源本项目是利用广西丰富的蔗渣(蔗髓)资源，建设公称能力为10万吨/年二甲醚装置。主要工艺技术采用：(1) 生物质超临界水气化氧化制取氢气和二氧化碳混合气技术；(2) 离子液体-超临界二氧化碳(il-scco2) 两相体系合成二甲醚技术；(3) 二甲醚吸收分离及精馏分离技术。4.2 二甲醚合成工艺路线的现状及选择4.2.1 二甲醚生产工艺对比(1) 原始生产方法液相法dme产品原先是甲醇生产中分离出来的副产品；浓硫酸脱水也可生产，反应条件温和(130160)，甲醇单程转化率高(85%)，可间歇或连续生产。但设备腐蚀严重，残液及废水对环境污染严重，操作条件苛刻，产品后处理比较困难；磷酸铝高温反应法甲醇转化率及二甲醚的选择性均较低。因此，这些生产方法均被淘汰。(2) 气固相法甲醇气相脱水法又称气-固相法，是在硫酸脱水法的基础上发展起来的。其基本原理是将甲醇蒸气通过固体酸性催化剂，并发生非均相反应脱水生成二甲