论文总字数：23695字

摘 要

二甲醚（DME）作为优良的燃料，其工业应用发展十分迅速。目前世界上二甲醚的主要生产工艺有硫酸法、甲醇气相催化脱水法、合成气直接法等。鉴于我国煤炭资源相对丰富，而石油资源相对紧缺的实际状况，以煤炭为原料生产甲醇，再通过甲醇气相催化脱水法制备二甲醚，能够在一定程度上优化我国的能源结构。

本研究主要采用Aspen Plus软件模拟甲醇气相催化脱水制二甲醚的工艺流程，在Aspen软件中选择合适的物性方法NRTL-RK及亨利系数，成功得出初步模拟结果，发现模拟的产品规格都符合年产20万吨DME的工艺要求设定值。随后本课题针对二甲醚的精馏流程及甲醇循环流程进行优化，优化后在不影响产品产量与质量的基础上，二甲醚精馏塔塔板数减少4块，再沸器热负荷降低69%，而甲醇循环塔的理论塔板数较之前减少4块，塔底再沸器能耗较之前降低20%。

关键词：二甲醚、气化甲醇、Aspen Plus模拟、优化

ABSTRACT：Dimethyl ether (DME), acted as an excellent fuel, has been developed rapidly in various industrial applications. At present, there are several means available for the preparation of DME, namely, liquid-phase synthesis of DME via dehydration of methanol, gas-phase synthesis of DME via dehydration of methanol, direct synthesis of DME syngas, and so on. The process of gas-phase synthesis of DME via dehydration of methanol is identified as an effective means for DME production in China due to its abundant coal resources. And this procedure would play an important role in the optimization of Chinese energy structure.

Accordingly, the whole process of gas-phase synthesis of DME via dehydration of methanol was simulated by Aspen Plus software, in which the appropriate physical properties such as NRTL-RK and Henry coefficient were selected, and the preliminary simulation results were successfully obtained. It was found that the simulated product specifications could meet the set values of process requirements. In addition, the distillation process of dimethyl ether and methanol circulation process was further optimized in this study. By optimization the number of trays of dimethyl ether distillation column reduced by 4 pieces and the heat load of reboiler reduced by 69%, whereas the theoretical trays of methanol circulation column decreased by 4 pieces and the energy consumption of bottom reboiler decreased by 20%.

Key words: dimethyl ether, gasified methanol, Aspen Plus simulation ,optimization

目录

目录 2

1 绪论 3

1.1引言 3

1.2 二甲醚的性质和用途 3

1.2.1二甲醚的物化性质 3

1.2.2 二甲醚的用途 4

1.3二甲醚国内外生产工艺开发状况 7

1.3.1国外状况 7

1.3.2国内状况 8

1.4二甲醚的生产方法的比较与选择 9

1.4.1二甲醚的生产方法 9

1.4.2二甲醚的生产方法的比较与选择 10

1.5气相甲醇法工艺催化剂 11

1.6 Aspen系统模拟简介^[23] 12

1.7研究目的与内容 14

1.8 小结 14

2二甲醚工艺流程模拟 16

2.1 工艺流程说明 16

2.2工艺流程模拟 17

2.2.1实际生产流程 17

2.2.2工艺指标和质量要求 18

2.3 Aspen Plus模拟流程 19

2.3.1模拟数据要求 20

2.3.2物性方法 20

2.3.3 模拟数据 21

2.4小结 22

3二甲醚工艺流程优化 23

3.1 符号解释 23

3.2 T101二甲醚精馏塔优化 23

3.2.1 回流比 24

3.2.2 理论塔板数 25

3.2.3 进料板位置 26

3.3 T102甲醇循环塔优化 26

3.3.1 回流比 27

3.3.2 理论塔板数 28

3.3.3 进料板位置 29

3.4 小结 30

4结论 32

参考文献 33

致谢 35

1 绪论

本论文简单阐述二甲醚的性质，用途以及国内外供需状况，综述二甲醚的生产方法并对其进行比较，在此基础上结合我国能源分布状况，筛选出适宜的二甲醚生产工艺，并通过Aspen Plus软件对该工艺流程进行模拟与优化。

1.1引言

我国的能源特点是煤炭资源丰富，石油和天然气资源匮乏。充分利用煤炭资源是维持我国经济持续发展的必要条件。世界及中国主要一次能源概况如表1-1所示^[1]：

表1-1世界及中国主要一次能源概况

注：G=10 9 ,oe为油当量，1oe=107kcal，约为2t中国原煤或1.5t国际硬煤

随着国家经济的发展，我国能源消费过快，从国家能源战略和能源安全来看，寻找代替石油的燃料尤为重要。石油燃料的使用严重污染环境,中国煤炭燃烧量占据世界最高，燃烧后直接产生大量的硫化物，氢氧化物和粉尘，导致在空气中形成酸雨，严重污染土壤、水资源和大气，环境质量越来越差。因此，开发代替煤炭和石油燃料的新能源成为全球注重的热点话题。随着我国城市发展，开始出现一些二甲醚液化气，醇—醚燃料，甲醇燃料等新型民用燃料^[2]，其中二甲醚燃料优势最高^[3][4]。二甲醚因其独特的性质作为清洁能源^[5][6]，生产量和使用量越来越大，深受人们关注。二甲醚主要从煤资源中制取，正好符合我国富煤的能源结构。因此，以煤为原料生产甲醇二甲醚，降低成本，提高经济效益；替代柴油燃料，尾气排放量降低，减少对环境污染。本文的研究主题是气相甲醇脱水制二甲醚工艺的模拟与优化。

1.2 二甲醚的性质和用途

1.2.1二甲醚的物化性质

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