天然气化工工艺学第04章甲醇和二甲醚合成
年产10万吨甲醇合成二甲醚工艺设计
年产10万吨甲醇合成二甲醚工艺设计1. 引言甲醇是一种重要的化工原料，在许多工业领域都有广泛的应用，比如作为燃料、溶剂和合成其他化学品的中间体。
而二甲醚（DME）是一种重要的替代燃料和清洁能源，在汽车和家庭用品等方面具有潜在应用价值。
为了满足市场需求，在本文中，我们将设计一种工艺，以每年产出10万吨的甲醇，并利用甲醇合成二甲醚。
2. 工艺图下图展示了年产10万吨甲醇合成二甲醚的工艺图：工艺图工艺图3. 工艺步骤3.1 甲醇生产首先，我们需要生产甲醇。
这可以通过对天然气进行蒸汽重整反应来实现。
该反应将天然气中的甲烷转化为一氧化碳和氢气。
然后，将一氧化碳和氢气在催化剂的存在下进行合成反应，生成甲醇。
3.2 甲醇净化生产的甲醇需要经过净化步骤，以去除杂质。
这包括使用吸附剂和分离技术，如蒸馏和结晶，将甲醇中的杂质去除，提高甲醇的纯度。
3.3 甲醇合成二甲醚在甲醇净化后，我们将进行甲醇合成二甲醚的反应。
该反应将甲醇与催化剂一起加热，生成二甲醚。
这是一个可逆反应，所以我们需要对反应条件进行控制，以提高二甲醚的产率。
3.4 二甲醚净化生产的二甲醚需要经过净化步骤。
这包括使用分离技术，如蒸馏和结晶，将二甲醚中的杂质去除，提高二甲醚的纯度。
4. 工艺参数为了实现年产10万吨甲醇合成二甲醚的目标，我们需要考虑以下工艺参数：•甲醇生产装置的产能•甲醇净化装置的效率•甲醇合成二甲醚反应的温度和压力•甲醇合成二甲醚反应的催化剂选择和用量•二甲醚净化装置的效率这些参数将直接影响到工艺的效果和产量。
5. 结论通过设计合理的工艺步骤和参数，我们可以实现每年产10万吨甲醇合成二甲醚的目标。
这有望满足市场需求，并为清洁能源领域做出贡献。
然而，需要注意的是，实际生产中可能会受到许多因素的影响，包括原材料供应、设备故障等等。
因此，需要进行全面的工艺设计和风险评估，以确保工艺的可行性和稳定性。
参考文献•Smith, J. M., Van Ness, H. C., & Abbott, M. M. (2005). Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics (7th ed.). McGraw-Hill.。
天然气制甲醇的详细工艺流程
天然气制甲醇的详细工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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以天然气为原料合成甲醇的工艺流程
以天然气为原料合成甲醇的工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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甲醇制二甲醚技术
化工催化剂及 甲醇技术
２ ０ ０ ８ 年第 １ 期
ｌ ８
甲 醇 制 二 甲 醚 技 术
陈 鹏 古共伟
（ 西 南化 工研 究设计 院
四） １ １ 成都
６ １ ０ ２ ２ ５ ）
二甲醚 （ Ｄ ｉ ｍ ｅ ｔ ｈ ｙ ｌ Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ）又称 甲醚、木醚、氧二甲，简称 Ｄ ＭＥ ，是一种无色气体或压缩液体，具 有轻微的醚香气味， 易溶于汽油、四氯化碳、 丙酮、 氯苯和乙酸甲酯等多种有机溶剂。 二甲醚毒性很弱，
先进水 平 ，改进 后 的工艺 流程 见 图 ２ 。
尾 气
图２ 甲醇气相脱水Ｎ－甲醚新工艺流程框图 甲醇气相催化脱水法新技术有以下特点：
（ １ ）节 能
甲醇装置 联产二 甲醚 时 ，可 以用粗 甲醇 为原料 ，以降低 生产 成本 。按照 目前 的 甲醇 生产技 术 ，由粗
甲醇经精馏生产 ｌ ｔ 精甲醇要消耗蒸汽 １ ． ２ ｔ 以上，而生产 １ ｔ 二 甲醚需消耗 １ ． ４ ｔ 精 甲醇，若采用新技术
广 州氮肥厂
云 南解放 军化肥厂 河 南石化 陕西新型燃 料燃具 公 司 重 庆强源
５
５ １ ０ ５ ５
气雾剂 甲醇气相 脱 水 西南 化工 研究 院 卖给 上海焦 化厂
燃料 甲醇气相 脱 水 西南 化工 研究 院 燃料 甲醇气相 脱水 燃料 甲醇气 相脱 水 燃料 甲醇气 相脱 水 山西煤 化所 山两煤 化所 不 详 甲醇合成 ＋脱水
１ 国 内二 甲醚的工业 现状 国内二 甲醚生 产基 本上 以 甲醇 脱 水方 法 为主 ，也 有少量 试验 规模 的 合成气 一 步 法生产 装 置 ，表 ｌ 列 出了 国内 已建 的一些较 有代 表 性的 生产装 置 。
二甲醚的生产方法有一步法和二步法
二甲醚的生产方法有一步法和二步法。
一步法是指由原料气一次合成二甲醚，二步法是由合成气合成甲醇，然后再脱水制取二甲醚。
● 一步法该法是由天然气转化或煤气化生成合成气后，合成气进入合成反应器内，在反应器内同时完成甲醇合成与甲醇脱水两个反应过程和变换反应，产物为甲醇与二甲醚的混合物，混合物经蒸馏装置分离得二甲醚，未反应的甲醇返回合成反应器。
一步法多采用双功能催化剂，该催化剂一般由2类催化剂物理混合而成，其中一类为合成甲醇催化剂，如Cu-Zn-Al(O)基催化剂，BASFS3-85和ICI-512等；另一类为甲醇脱水催化剂，如氧化铝、多孔SiO2-Al2O3、Y型分子筛、ZSM-5分子筛、丝光沸石等。
● 二步法该法是分两步进行的，即先由合成气合成甲醇，甲醇在固体催化剂下脱水制二甲醚。
国内外多采用含γ-Al2O3/SiO2制成的ZSM-5分子筛作为脱水催化剂。
反应温度控制在280~340℃，压力为0.5-0.8MPa。
甲醇的单程转化率在70-85%之间，二甲醚的选择性大于98%。
一步法合成二甲醚没有甲醇合成的中间过程，与两步法相比，其工艺流程简单、设备少、投资小、操作费用低，从而使二甲醚生产成本得到降低，经济效益得到提高。
因此，一步法合成二甲醚是国内外开发的热点。
国外开发的有代表性的一步法工艺有：丹麦Topsφe工艺、美国Air Products工艺和日本NKK工艺。
二步法合成二甲醚是目前国内外二甲醚生产的主要工艺，该法以精甲醇为原料，脱水反应副产物少，二甲醚纯度达99.9%，工艺成熟，装置适应性广，后处理简单，可直接建在甲醇生产厂，也可建在其它公用设施好的非甲醇生产厂。
但该法要经过甲醇合成、甲醇精馏、甲醇脱水和二甲醚精馏等工艺，流程较长，因而设备投资较大。
但目前国外公布的大型二甲醚建设项目绝大多数采用两步法工艺技术，说明两步法有较强的综合竞争力。
二甲醚的合成反应机理
二甲醚的合成反应机理引言二甲醚是一种常见的有机化合物，具有广泛的应用领域，包括作为溶剂、燃料和医药中间体等。
在工业上，二甲醚主要通过合成反应来制备。
本文将介绍二甲醚的合成反应机理，并深入探讨各个步骤的细节。
1. 甲醇脱水反应二甲醚的主要合成方法是从甲醇开始，通过脱水反应生成甲烷和水。
该反应需要使用催化剂，常见的催化剂包括氧化铝、硅铝酸盐等。
以下是该反应的机理：CH3OH → CH3OCH3 + H2O在这个反应中，甲醇分子首先吸附在催化剂表面上，并且与其他吸附在表面上的氢离子发生相互作用。
这个过程会导致一个质子被转移给甲基基团，形成一个CH3OCH3分子。
2. 甲烷氧化反应接下来，在脱水反应生成的甲烷基团上进行氧化反应，生成甲醇和水。
该反应需要使用氧气作为氧化剂，并在高温下进行。
以下是该反应的机理：CH4 + 1/2O2 → CH3OH + H2O在这个反应中，甲烷分子首先吸附在催化剂表面上，并且与其他吸附在表面上的氧离子发生相互作用。
这个过程会导致一个氧离子被转移给甲烷基团，形成一个CH3OH分子。
3. 甲醇缩合反应最后，通过甲醇缩合反应，将两个甲醇分子连接起来形成二甲醚。
该反应需要使用碱性催化剂，常见的催化剂包括碱金属和碱土金属等。
以下是该反应的机理：2CH3OH → CH3OCH3 + H2O在这个反应中，两个甲醇分子首先吸附在催化剂表面上，并且与其他吸附在表面上的氢离子发生相互作用。
这个过程会导致两个甲基基团连接起来形成一个CH3OCH3分子。
结论通过以上三步反应，我们可以得到二甲醚。
这一合成反应机理是工业上常用的方法，能够高效地制备二甲醚。
了解反应机理有助于优化反应条件，提高反应效率，并且为进一步研究提供基础。
以上就是二甲醚的合成反应机理的详细内容。
希望本文能够对读者了解该反应过程有所帮助，并促进相关领域的研究和发展。
参考文献： 1. Smith, M.B.; March, J. Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure. Wiley-Interscience, 2007. 2. Bhanage, B.M.; Arai, M. Catalysis for Sustainable Energy Production. John Wiley & Sons, 2009. 3. U.S. Patent 5,767,242: Process for producing dimethyl ether from methanol.注：本文所述内容仅供参考，请勿用于非法用途或违反相关法律法规的行为。
甲醇制造二甲醚(DME)
甲醇制二甲醚(DME)摘要：综述了二甲醚的性质、用途、生产方法及使用二甲醚时候的注意事项。
关键词：二甲醚化工产品合成气一步法甲醇液相法甲醇气相法一、产品说明1、二甲醚的基本概况二甲醚别名：甲醚英文名称：methyl ether；dimethyl ether；DMECAS编号：115-10-6分子式：C2H6O结构式：CH3—O—CH3二甲醚又称甲醚，简称DME。
二甲醚在常压下是一种无色气体或压缩液体，具有轻微醚香味。
相对密度（20℃）0.666，熔点-141.5℃，沸点-24.9℃，室温下蒸气压约为0.5MPa，与石油液化气（LPG）相似。
溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有机溶剂。
易燃，在燃烧时火焰略带光亮，燃烧热（气态）为1455kJ/mol。
常温下DME具有惰性，不易自动氧化，无腐蚀、无致癌性，但在辐射或加热条件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。
二甲醚是醚的同系物，但与用作麻醉剂的乙醚不一样，毒性极低；能溶解各种化学物质；由于其具有易压缩、冷凝、气化及与许多极性或非极性溶剂互溶特性，广泛用于气雾制品喷射剂、氟利昂替代制冷剂、溶剂等，另外也可用于化学品合成，用途比较广泛。
2 生产原理2.1 生产方法简介目前国内外二甲醚生产方法主要有合成气一步法和甲醇法。
甲醇法又分为甲醇气相法和甲醇液相法。
合成气一步法的工业化技术尚未成熟,理由是: ①现有的技术未经装置检验;②即使按现有技术,其生产成本也高于甲醇气相法2.2 反应方程式甲醇液相法：甲醇脱水反应在液相、常压或微正压、130 ～130 ℃下进行。
其化学反应式如下:2CH3OH =H3COCH3 +H2O甲醇气相法：催化剂为ZSM分子筛、磷酸铝或γ2Al2O3。
甲醇脱水反应的化学反应式如下。
主反应:2CH3OH =H3COCH3 +H2O主要副反应:CH3OH =CO + 2H2H3 COCH3 =CH4 +H2 +COCO +H2O =CO2 +H23 工艺过程及流程图3.1工艺过程甲醇液相法甲醇液相法由硫酸法发展而来,而硫酸法生产二甲醚工艺是硫酸法生产硫酸二甲酯生产流程中的前半段生产工艺。
甲醇制二甲醚
甲醇制二甲醚的生产工艺及催化剂的研究摘要：二甲醚应用广泛，主要用于气雾剂、溶剂和燃料。
作为氟里昂的替代产品，对大气臭氧层没有破坏，还可作为冷冻剂、萃取剂等。
可作为民用燃料代替天然气、液化石油气、人工煤气。
作为车用燃料可以解决我国石油紧张和汽车尾气排放带来的环境污染问题。
二甲醚碳烟排放和微粒排放几乎为零，没有加速烟尘，一氧化碳和醛类有害物质排放都低于世界上最严格的美国加州排放标准。
以至于甲醇制二甲醚的生产工艺及催化剂的研究成为了工业发展的要求。
关键词：甲醇二甲醚气相脱水法催化剂目前，世界上主要有4个致力于研究二甲醚特性及应用的组织，分别是国际二甲醚协会(IDA)、日本二甲醚论坛(JDF)、韩国二甲醚论坛(KDF)、中国二甲醚协会(CDA)。
2006年，日本二甲醚论坛首度发行了二甲醚使用手册，详细介绍了二甲醚的相关知识和发展历程。
2010年9月2日，国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会联合批准发布国家标准GB 25035—2010《城镇燃气用二甲醚》，并自2011年7月1日起实施。
该标准严格规定了二甲醚的质量，使得二甲醚的应用有章可循。
国家标准《液化二甲醚气瓶》、国家标准《液化二甲醚气瓶阀》、国家标准《家用二甲醚燃气灶具》、行业标准《耐二甲醚密封材料》、行业标准《瓶装液化二甲醚调压器》等也正在编制中。
相关标准规范的不断完善，对推广二甲醚作为城镇燃气发挥了重要作用。
[1]1 生产工艺研究甲醇气相脱水法，是目前国内外使用最多的生产二甲醚工业方法，化学反应如下：主要副反应：2CH3OH＝H3COCH3+H2OCH3OH＝CO+2H2H 3COCH3＝CH4+H2+COCO+H2O＝CO2+H22CH3OH＝C2H6+2H2O主要生产工艺过程为：甲醇经气化与反应器出来的反应产物换热后，进入二甲醚反应器进行气相催化脱水反应，反应产物经换热后，用循环水冷却冷凝。
反应条件为 0.5～1.8MPa、230℃～400℃，催化剂为 ZSM分子筛、磷酸铝或γ-Al2O3，冷却冷凝后的物料进行气液分离，气相送洗涤塔用甲醇或甲醇-水溶液吸收回收二甲醚，液相的粗二甲醚送精馏系统分离。
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(3) CO2 H2 CO H2O(g) r H (3) 41.2kJ mol
(4.1.25)
r H (1) r H (2) r H (3)
合成甲醇属于体积减小的放热反应，从反应平衡角度， 低温和高压均有利于甲醇生成。副产物有烃、醇、醛、醚、 酸和酯等化合物。
《天然气化工工艺学》第4章
4 甲醇/DME及其衍生物
4.1 甲醇合成 4.2 醋酸 4.3 碳酸二甲酯 4.4 二甲醚合成
• 甲醇制二甲醚 • 合成气直接制二甲醚
《天然气化工工艺学》第4章
4.1 甲 醇
分子式CH3OH，相对分子质量32.04，常压沸点64.7℃， 常温常压下是无色透明、略带乙醇香味的挥发性液体。甲醇 与水互溶，在汽油中有较大溶解度。甲醇有毒，易燃烧，爆 炸极限为6.0～36.5% (体积分数)。
(4.1.34)
K p3
pCO pH2O pCO2 pH2
yCO yH2O yCO2 yH2
(4.1.35)
K p1 K p2 K p3
(4.1.36)
式中，pi为i组分的分压，atm；yi为i组分的体积分率；p
为反应体系的总压，atm。
《天然气化工工艺学》第4章
4.1.3 甲醇合成反应热力学
生产单位
英国ICI公司 英国ICI公司 德国Lurgi公司 美国ICI公司 丹麦Topsoe公司 南京化工研究院 西南化工研究院
表4.2 几种国内外常用铜基催化剂
型号
51-2 51-3 LG-104 C79-2 LMK C301 C302
CuO
60 60 51 40 51
组分%
ZnO Al2O3
30 10 30 10 32 4 10 4 32
经数据回归，平衡常数Kp1可以表示温度和压力的计算式：
ln K p1
12077 T
1.5601
10
3
T
13203 T2
p
0.48466 p
28.097
(4.1.37)
《天然气化工工艺学》第4章
4.1.4 甲醇合成催化剂与反应动力学
锌-铬催化剂的活性温度，350～420℃ 铜基催化剂的活性温度，230～290℃ 工业常用铜基催化剂。
V2O3
5 5
操作条件
压力 /MPa
4.9～6.1 7.8～11.8
4.9 5.5～11.7
9.8 5.0～10
温度/℃
210～270 190～270 210～240 220～330 220～270 230～285 210～280
空速 /104h-1
1 1 1
《天然气化工工艺学》第4章
4.1.4 甲醇合成催化剂与反应动力学
rCO
2187
exp(
54010) RT
f
1.67 H2O
f 1.67 CO
(1 10.5 ) mol
(g.h)
(4.1.38)
rCO
860
exp(
51550) RT
f
1.24 H2
f 1.30 CO 2
f 0.12 H2O
(1 2) mol
(g.h)
(4.1.39)
《天然气化工工艺学》第4章
(1) ICI低压甲醇合成工艺流程
净化原料气
13
13
1－原料气压缩机；2－冷却器；3－分离器；4－冷却器；５－分离器； 6－循环气压缩机；7－热交换器；8－甲醇合成塔（多段-激冷式）；9－开工加热器；
10－甲醇冷凝器；11－甲醇分离器；12－中间储槽； 13－透平循环压缩机
其中各反应速率常数为：
(4.1.42) (4.1.43)
k1 1482 exp 50430 RT k2 1.511 105 exp 69970 RT
(4.1.44) (4.1.45)
《天然气化工工艺学》第4章
（C301）反应动力学
各组分的吸附平衡常数为：
ln KCO 6.549 13090 1 T 1 508 .9 ln KCO2 3.398 2257 1 T 1 508 .9 ln KH2 1.493 1585 1 T 1 508 .9
(3)和(4)为两个控制过程，其余为平衡过程
《天然气化工工艺学》第4章
4.1.4 甲醇合成催化剂与反应动力学
CO和 H2合成甲醇的可能的反应历程为：
(1)
H2 2* 2H*
(控制步骤 )
(2)
CO H* HCO*
(控制步骤 )
(3)
HCO * H* H2CO*
(4)
H2CO * 2H* CH 3OH* 2 *
(5)
CH 3OH * CH 3OH *
(1)和(2)是甲醇合成总反应速率的控制步骤
H2、CO、CO2 的吸附强度依次为：CO2>CO>H2，过量的 CO2将过分占据活性中心，反而对甲醇合成反应不利。
《天然气化工工艺学》第4章
（C301）反应动力学
CO和CO2加H2合成甲醇本征反应动力学模型
式中：
1
Kf1
fm fCO
f
2 H
2
(4.1.40 )
2
fm fH2O
Kf2
fCO2
f
3 H
2
Kf为逸度表示的平衡常数，fi为i组分的逸度。
(4.1.41)
《天然气化工工艺学》第4章
（C301）反应动力学
CO和CO2加H2合成甲醇宏观反应动力学模型 L-H-H-W型双速率宏观动力学模型如下:
(4.1.46) (4.1.47) (4.1.48)
4.1.5 甲醇合成工艺
《天然气化工工艺学》第4章
甲
合
水
醇
成
冷
分
离
器
器
器
循
油
分
环
离
新鲜气
机
器
粗甲醇 驰放气
图4.1 甲醇合成工序的一般流程
甲醇合成分高压法(20 MPa)、中压法(10～12 MPa)和低 压法(5 MPa)三种。工业上常用低压法，以ICI法和Lurgi法应 用最为广泛。
(4.1.2)
(2)甲醇氨化，制甲胺。甲醇与氨混合，在370～420℃、 5.0～20.0MPa条件下，以活性氧化铝为催化剂
CH 3OH NH3 CH 3NH 2 H2O
(4.1.3)
2CH 3OH NH3 (CH 3)2 NH 2H2O
(4.1.4)
3CH 3OH NH 3 (CH 3 )3 N 3H2O
CO2合成甲醇可能的反应机理：
(1)
CO
2
*
CO
* 2
(2)
H2 * H*2
(3)
CO
* 2
H2
CO 2H*2
(4)
H*2 CO 2 CO 2H*2
(5)
CO
2 H *2
*
COH
* 2
O*
(6)
CO *H2 H2 CH 3OH *
(7)
CH 3OH 2O* H2 H2O CO 2 2 *
(4.1.6)
① 甲醇与甲酸反应生成甲酸甲酯
CH 3OH HCOOH HCOOCH 3 H2O
(4.1.7)
② 甲醇与硫酸作用生成硫酸氢甲酯、硫酸二甲酯
CH 3OH H2SO4 CH 3HSO 4 H2O
(4.1.8)
2CH 3OH H2SO4 (CH 3 )2SO 4 2H2O
CH 3Cl 2 Cl 2 CHCl 3 HCl
CH 3Cl 3 Cl 2 CCl 4 HCl
(6) 甲醇与氢氧化钠反应
CH 3OH NaOH CH 3ONa H2O
(4.1.11) (4.1.12) (4.1.13) (4.1.14)
(4.1.15)
《天然气化工工艺学》第4章
(10) 甲醇与二硫化碳反应 ,再与硝酸反应
4CH 3OH CS2 2(CH 3)2S CO 2 2H2O 3(CH3)2 S 2HNO3 3(CH3)2 SO 2NO H2O
(4.1.16)
(4.1.17) (4.1.18) (4.1.19)
(4.1.20) (4.1.21)
(4.1.9)
《天然气化工工艺学》第4章
甲醇的性质
③ 甲醇与硝酸作用生成硝酸甲酯
CH 3OH HNO 3 CH 3NO3 H2O
(4.1.10)
(5) 甲醇氯化
CH 3OH Cl 2 H2 CH 3Cl HCl H2O CH 3Cl Cl 2 CH 2Cl 2 HCl
甲醇的性质
(7) 甲醇的脱水
2CH 3OH (CH 3)2 O H2O
(8) 甲醇与苯反应生成甲苯
CH 3OH C6H6 C6H5CH 3 H2O
(9) 与光气反应
CH 3OH COCl 2 CH 3OCOCl HCl
CH 3OH CH 3OCOCl (CH 3O)2 CO HCl
具有醇类的典型反应；因含有甲基，所以又能进行甲基 化反应。
《天然气化工工艺学》第4章
4.1.1 甲醇的性质
(1)甲醇氧化制甲醛，进一步氧化制甲酸。制甲醛条件， 温度600~700℃，催化剂：沸石银、铜、五氧化二钒
CH 3OH 0.5O2 HCHO H2O