1. 研究目的与意义
二甲醚又称甲醚，英文名称为Methyl Ether，简称DME，分子式为CH3OCH3，分子量为46.07，是重要的甲醇衍生物。（1）物理性质 沸点-24℃，凝固点-140℃。 DME是具有挥发性醚味的无色气体，有令人愉快的气味，燃烧时的火焰略带光亮。在常温，常压下为气态，在压力储罐内为液体。（2）化学性质：二甲醚在辐射或加热条件下会分解成甲烷、乙烷、甲醛、二氧化碳及一氧化碳（产物取决于反应条件及催化剂）。二甲醚可作为烷基化合剂，在很多场合中，它具有甲基化反应性能，例如在硅酸铝催化剂存在的条件下，二甲醚可以与苯发生烷基化反应而生成甲苯、二甲苯及多烷基苯。二甲醚与一氧化碳反应可生成乙酸或乙酸甲脂；与二氧化碳反应则生成甲氧基乙酸。当与氰化氢反应时则生成乙腈。此外，二甲醚可与三氟化硼形成络合物，其分子式（CH3）2OBF3，此络合物在空气中发烟，而在水或醇中则可分解。DME还可选择性氯化为各种氯化衍生物。无致癌性、腐蚀性甚微。二甲醚被视为“21世纪新型绿色原料”。
二甲醚是一种基本的化工原料，由于其具有良好的易压缩、冷凝、汽化等特性，使得二甲醚在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。（1）替代氯氟烃作气雾剂。随着世界各国的环保意识日益增强，以前作为气溶工业中气雾剂的氯氟烃逐步被其他无害物质所代替；（2）用作制冷剂和发泡剂。由于DME的沸点较低，汽化热大，汽化效果好，其冷凝和蒸发特性接近氟氯烃，因此DME作制冷剂非常有前途。国内外正在积极开发它在冰箱、空调、食品保鲜剂等方面的应用，以替代氟里昂。关于DME作发泡剂，国外已相继开发出利用DME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，孔的大小均匀，柔韧性、耐压性、抗裂性等性能都有所增强；（3）用作燃料。由于DME具有液化石油气相似的蒸气压，在低压下DME变为液体，在常温、常压下为气态，易燃、毒性很低，并且DME的十六烷值(约55) 高，作为液化石油气和柴油汽车燃料的代用品条件已经成熟。由于它是一种优良的清洁能源，已日益受到国内外的广泛重视。在未来十年里，DME作为燃料的应用将有难以估量的潜在市场，其应用前景十分乐观。可广泛用于民用清洁燃料、汽车发动机燃料、醇醚燃料；（4）用作化工原料 。DME可合成多种化学品及参与多种化学反应：与SO3反应可制得硫酸二甲酯；与HCl反应可合成烷基卤化物；与苯胺反应可合成N , N - 二甲基苯胺；与CO反应可羰基合成乙酸甲酯、醋酐，水解后生成乙酸；与合成气在催化剂存在下反应生成乙酸乙烯；氧化羰化制碳酸二甲酯; 与H2S反应制备二甲基硫醚。此外，利用DME还可以合成低烯烃、甲醛和有机硅化合物。
2. 研究内容与预期目标
本设计查阅关于二甲醚的文献，目前合成DME有以下几种方法：（1）液相甲醇脱水法。最早采用硫酸作催化剂，反应在液相中进行，因此叫做液相甲醇脱水法，也称硫酸法工艺。该工艺生产纯度99.6%的DME产品,用于一些对DME纯度要求不高的场合。其工艺具有反应条件温和(130～160)℃、甲醇单程转化率高(gt;85%)、可间歇也可连续生产等特点，但是存在设备腐蚀、环境污染严重、产品后处理困难等问题，国外已基本废除此法。中国仍有个别厂家使用该工艺生产DME，并在使用过程中对工艺有所改进。 （2）气相甲醇脱水法。甲醇蒸气通过分子筛催化剂催化脱水制得DME。该工艺特点是操作简单，自动化程度较高，少量废水废气排放，排放物低于国家规定的排放标准。该技术生产 DME采用固体催化剂催化剂，反应温度200℃，甲醇转化率高，DME选择性大，产品DME质量分数≥99.9%，甲醇制二甲醚的工艺生产过程包括甲醇加热、蒸发，甲醇脱水，甲醚冷却、冷凝及粗醚精馏，该法是目前国内外主要的生产方法。主要工艺过程有Topsφe工艺、Air products的液相二甲醚工艺、日本NKK公司的液相新工艺等。 （3）合成气一步法。合成气法制DME是在合成甲醇技术的基础上发展起来的，由合成气经浆态床反应器一步合成DME，采用具有甲醇合成和甲醇脱水组分的双功能催化剂。在该反应体系中，由于甲醇合成反应和脱水反应同时进行，使得甲醇一经生成即被转化为DME，从而打破了甲醇合成反应的热力学平衡限制，使CO转化率比两步反应过程中单独甲醇合成反应有显著提高。与甲醇气相脱水法相比，具有流程短、投资省、能耗低等优点，而且可获得较高的单程转化率。但是，目前合成气法制DME的研究国内仍处于工业放大阶段，有上千吨级的成功的生产装置，如山西煤化所、清华大学、杭州大学催化剂研究所等都拥有这方面的技术。清华大学加大了对浆态床DME合成技术的研究力度，正与企业合作进行工业中试研究，在工业中试成功的基础上，将建设万吨级工业示范装置。 （4）CO2 加氢直接合成。 CO2加氢制甲醇因受平衡的限制，CO2转化率低，而CO2加氢制DME却打破了CO2加氢生成甲醇的热力学平衡限制。目前,世界上有不少国家正在开发CO2加氢制DME的催化剂和工艺，但都处于探索阶段。很多实验结果表明CO2加H2制DME不仅打破了CO2加氢制甲醇反应的热力学平衡，明显提高了CO2转化率，而且还抑制了水气逆转换反应的进行，提高了DME选择性。（5）催化蒸馏法。到目前为止,只有上海石化公司研究院从事过这方面的研究工作。他们是以甲醇为原料,用H2SO4作催化剂,通过催化蒸馏法合成二甲醚的。由于H2SO4具有强腐蚀性,而且甲醇与水等同处于液相中,因此,该法的工业化前景一般。其中前二种方法比较成熟，后三种方法正处于研究和工业放大阶段。选择气相甲醇脱水法为生产二甲醚最适宜的方法，并对年产5万吨的二甲醚生产工艺过程进行详细设计，具体设计条件如下：
生产能力：年产5万吨二甲醚，年工作日为330天。
工作制度：每日工作时间为24小时，每日3班轮流替换，每班8小时连续生产。
3. 研究方法与步骤
本设计采用气相甲醇脱水法。
气相甲醇脱水法是甲醇蒸气通过分子筛催化剂催化脱水制得DME。该工艺特点是操作简单，自动化程度较高，少量废水废气排放，排放物低于国家规定的排放标准。该技术生产DME将新鲜甲醇加压至约1.0Mpa，与循环甲醇混合后，在预热器中与反应产物进行换热，然后进入固定床反应器中进行气相甲醇催化脱水反应。采用y-Al2O3催化剂，反应温度250-400℃，压力约0.9-1.7MPa条件下，甲醇单程转化率约为80%。甲醇制二甲醚的工艺生产过程包括甲醇加热、蒸发，甲醇脱水，甲醚冷却、冷凝及粗醚精馏，反应产物经换热后进入精馏塔，塔顶为二甲醚产品，冷凝后一部分回流，一部分作为产品送至储罐，塔底为未反应甲醇和副产物水，送进甲醇塔进行分离。甲醇塔操作条件较为严格，以控制循环甲醇中的水含量，防止降低甲醇脱水转化率。精馏塔塔顶产生的不凝气和二甲醚、甲醇饱和蒸汽送气体洗涤塔回收其中二甲醚，吸收液返回脱水反应器，吸收尾气送出装置。该法是目前国内外主要的生产方法。相对液相法，气相法具有操作简单,自动化程度较高,少量废水废气排放,排放物低于国家规定的排放标准，DME选择性和产品质量高等优点。同时该法也是目前国内外生产DME的主要方法。
4. 参考文献
[1]杨立新,徐红燕.二甲醚生产技术及应用前景,《化工进展》2003,22(2):204-206.
[2]李世勤,崔凤水.二甲醚生产技术(上),《上海化工》2000,25(22),24-26.
[3]宋怀俊,张海涛,应卫勇,房鼎业. 二甲醚-甲醇-水三元体系汽液平衡的测定与计算[J].工学报,2006,(8).
5. 工作计划
1. 2022-2-26～2022-3-11查找二甲醚相关文献，熟悉相关的专业知识及技能，选择关于二甲醚相关的一篇英文文献。并与指导教师对于二甲醚生产工艺进行讨论，确定设计的初步方案，完成开题报告；
2. 2022-3-12～2022-4-08查找二甲醚资料，完成工艺流程的设计中系统的物料衡算，开始翻译英文文献；
3. 2022-4-08～2022-5-08完成工艺流程设计中的热量衡算，对主体及附属设备进行设计，确定设备类型及尺寸等；
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
