化工類畢業(yè)論文開題報(bào)告

時(shí)間：2024-09-16 21:06:15 開題報(bào)告我要投稿

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化工類畢業(yè)論文開題報(bào)告范文

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化工類畢業(yè)論文開題報(bào)告范文

　　題目:年產(chǎn)10萬噸煤氣化制二甲醚工藝設(shè)計(jì)

　　一、本課題的研究意義及目的

　　我國石油、天然氣資源較為貧乏，而煤炭?jī)?chǔ)備、生產(chǎn)和消費(fèi)均居世界前列，但其熱值利用率又低于20% ，部分煤炭被燒掉，這不僅浪費(fèi)煤炭資源，而且造成對(duì)大氣的污染。因此，充分利用煤炭資源，發(fā)展現(xiàn)代煤化工，特別是研發(fā)、生產(chǎn)煤制能源產(chǎn)品勢(shì)在必行。只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)煤炭的綜合利用和深加工，提高煤炭的經(jīng)濟(jì)效益，使其熱值利用率提高到原來的3 倍，即達(dá)到美國的熱值利用水平，同時(shí)也能節(jié)約煤炭資源并減少大氣污染。

　　二甲醚屬于醚的同系物，但卻與乙醚不同，毒性相對(duì)低，可溶解各種化學(xué)物質(zhì)，因其具有易壓縮、氣化、冷凝及互溶性，從而被廣泛應(yīng)用于化學(xué)品合成中。二甲醚的燃燒效果極佳，它的十六烷值大于55，而常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)的大部分代用燃料的十六烷值都小于10，如液化石油氣、甲醇、天然氣等等，所以這些替代型燃料都僅僅適用于點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，而二甲醚由于十六烷值大于55，并且具有良好的壓縮性，故此適合應(yīng)用于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)最為理想的替代性燃料，市場(chǎng)前景一片光明。

　　隨著國際石油價(jià)格的一路飆升,尋求新的石油替代品成了當(dāng)前化工行業(yè)研究的重點(diǎn),二甲醚由于其物化性質(zhì)與液化石油氣非常相似,而且具有低毒、燃燒完全等特點(diǎn),越來越引起人們的關(guān)注。此外,二甲醚還是制備低碳烯烴的重要原料。因此,二甲醚的未來應(yīng)用前景十分廣闊。

　　并且二甲醚是一種用途廣泛、重要的清潔能源和環(huán)保產(chǎn)品，可用作氣霧劑、制冷劑、發(fā)泡劑以及各種清潔及環(huán)保的燃料，它的應(yīng)用前景是勢(shì)不可擋的。這也是黨的十八大以及建設(shè)低碳、環(huán)保、生態(tài)文明的和諧社會(huì)所要求的。因此，二甲醚清潔能源的大力開發(fā)及應(yīng)用是非常緊迫和重要的。

　　二、文獻(xiàn)綜述(國內(nèi)外研究情況及其發(fā)展)

　　最初二甲酸是在高壓條件下生產(chǎn)甲醇所得的副產(chǎn)物。合成氣制備甲醇技術(shù)的快速發(fā)展與進(jìn)步,使得甲醇到二甲醚與合成氣到二甲醚兩種工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)也得到迅速發(fā)展。

　　2.1 兩步法生產(chǎn)工藝

　　該生產(chǎn)工藝分兩步進(jìn)行,即先由合成氣合成甲醇,甲醇再作為原料生產(chǎn)制得二甲醚�，F(xiàn)在國內(nèi)外使用最廣泛最合理的二甲醚工業(yè)生產(chǎn)方法是甲醇?xì)庀嗝撍�。兩步法工藝又可分為液相脫水工藝和氣相脫水工藝�?/p>

　　2.1.1甲醇液相脫水法

　　甲醇液相脫水制備二甲醚即硫酸法,該方法以甲醇為原料,用濃硫酸作催化劑,它的原理是溫度140℃時(shí)甲醇在濃硫酸的催化作用下加熱脫水生成二甲醚。

　　液相甲醇在陽離子型液體的催化作用下可生成二甲趟。本法的壓力和反應(yīng)溫度較低,轉(zhuǎn)化率和選擇性都較高,不需再生催化劑,而且不存在污染、腐燭等現(xiàn)象。

　　混相法甲醇脫水制二甲醚的方法,該方法把甲醇通入到含酸和鹽的混相液體,然后將其轉(zhuǎn)化成二甲醚,最后從反應(yīng)混合物中分離得到二甲醚。該工藝方法會(huì)導(dǎo)致污染,而且催化劑有毒,因此己逐步被淘汰。

　　2.1.2甲醇?xì)庀嗝撍?/p>

　　甲醇?xì)庀嗝撍ǖ幕驹硎菤庀嗉状荚谘b填于固定床反應(yīng)器中的固體酸性催化劑作用下進(jìn)行反應(yīng)制得二甲醚。該工藝首先通過栗將甲醇輸入并經(jīng)熱交換器加熱后成為甲醇蒸氣,進(jìn)入反應(yīng)器,在一定溫度和壓力條件下甲醇蒸氣進(jìn)行脫水反應(yīng);反應(yīng)產(chǎn)物通入精溜塔對(duì)其進(jìn)一步分離提純,在壓力0.1-0.6MPa條件下精溜,二甲醚由塔頂采出,塔底的水和甲醇在常壓下進(jìn)行分離,回收的甲醇循環(huán)使用。

　　此外,研究人員在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝創(chuàng)新,新工藝具體有以下特點(diǎn):(1)粗甲醇和精甲醇均可作為原料,為了降低蒸汽消耗,可以采用粗甲醇為原料。(2)為了降低放空尾氣所含的甲醇,將二甲醚精館塔的塔爸所得水-甲醇的混合溶液用于洗滌反應(yīng)尾氣。(3)省卻甲醇回收塔,利用汽化塔對(duì)精館塔塔底所得的未反應(yīng)的甲醇進(jìn)行回收。

　　2.2 —步法生產(chǎn)工藝

　　一步法合成二甲醚工藝,其實(shí)質(zhì)是把合成氣合成甲醇與氣相甲醇脫水兩個(gè)過程在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)的催化劑同時(shí)進(jìn)行。在合成氣一步法直接合成二甲醚的過程中,主要包含甲醇合成、脫水和一氧化碳變換等三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的反應(yīng)過程。在兩種催化劑的共同作用下,三個(gè)反應(yīng)相互影響,把甲醇合成反應(yīng)旳化學(xué)平衡限制打破,因此合成氣的單程轉(zhuǎn)化率有所升高。

　　合成氣一步法制備二甲醚可分別由兩相法和三相法實(shí)現(xiàn)。兩相法又稱氣固相法,即合成氣在固定床反應(yīng)器通過固體催化劑催化作用進(jìn)行反應(yīng);三相法即氣-液-固三相法,又稱為裝態(tài)床法,該法需引入惰性溶劑,合成氣在懸浮于溶劑的催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)。

　　2.2.1氣固相一步法工藝

　　氣固相一步法即合成氣在固體催化劑的表面發(fā)生催化反應(yīng)直接制取二甲醚。國內(nèi)外不少學(xué)者做了這方面的研究,將甲醇合成和脫水兩種催化劑機(jī)械混合制成雙功能催化劑,發(fā)現(xiàn)原料氣中氫氣含量較小,催化劑表面會(huì)很快積碳。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是CO轉(zhuǎn)化率較高,但一步法合成二甲醚過程中甲醇合成和脫水兩個(gè)反應(yīng)均放熱,反應(yīng)所釋放的熱量在固定床反應(yīng)器中無法及時(shí)移走,導(dǎo)致催化劑床層熱點(diǎn)溫度較高,催化劑銅晶粒變大,催化劑性能下降。

　　2.2.2氣液固三相一步法工藝

　　氣液固三相一步法工藝是在游裝床內(nèi)將催化劑細(xì)顆粒懸浮在惰性介質(zhì)中,合成氣以鼓泡方式通入齡裝床并通過裝液擴(kuò)散到催化劑表面進(jìn)行反應(yīng),產(chǎn)物二甲醚和未反應(yīng)的合成氣混合物一起經(jīng)由反應(yīng)器出口管引出_。惰性介質(zhì)使得反應(yīng)器傳熱性能良好。液相比熱容大,便于恒溫條件下操作,溶劑包圍了催化劑表面,積炭現(xiàn)象明顯減少,此外CO的溶解度低于氧在溶劑中的溶解度,因此可將氫含量低的合成氣用作原料氣。

　　2.3 二氧化碳加氧合成二甲醚工藝

　　二氧化碳加氧制取二甲醆工藝以C02和氧為原料氣,反應(yīng)效果一般,現(xiàn)在仍在技術(shù)摸索當(dāng)中。該工藝路線如能實(shí)現(xiàn),一方面能夠利用C02并減少C02排放,有效解決溫室效應(yīng)難題,另一方面也能為日益嚴(yán)峻的能源短缺分憂解難。因此,二氧化碳合成各種化學(xué)品例如甲醇、二甲醚已引起廣泛關(guān)注。

　　2.4生物質(zhì)合成氣制二甲醚工藝

　　生物質(zhì)包括農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)所得的稻稈、樹木等木質(zhì)素、農(nóng)產(chǎn)品下腳料、農(nóng)林業(yè)廢棄物以及禽畜的II便等物質(zhì)。生物質(zhì)氣化制取二甲醚是指將生物質(zhì)加熱氣化生成粗燃?xì)?然后對(duì)其進(jìn)行凈化,調(diào)變組分得到高質(zhì)量合成氣,最后在加壓條件下采用催化合成技術(shù)制取液體燃料的整套技術(shù)。

　　目前生物質(zhì)主要有富氧氣化、空氣氣化、水蒸汽氣化和空氣-水蒸汽氣化等四種方式。C02的含量在四種氣化方式中都較高。作為制取二甲醚的合成氣中需

　　要一定量的C02來保證催化劑活性,一般C02含量在3%-5%,但C02含量不能過高。生物質(zhì)合成二甲醚,比較適宜采用一步法合成技術(shù)。由于技術(shù)上獎(jiǎng)態(tài)床一步法還存在不少難題,而固定床一步法生產(chǎn)二甲醚技術(shù)是比較有可能實(shí)現(xiàn)的,唯一的不足是需要對(duì)CO和H2的比例進(jìn)行調(diào)整才能達(dá)到符合生產(chǎn)的要求。

　　在以煤為原料一步法制取二甲醚的生產(chǎn)過程中，第一步是煤氣化過程，目前煤氣生產(chǎn)的技術(shù)和裝置已經(jīng)普遍成熟和廣泛應(yīng)用，大規(guī)模的煤化工生產(chǎn)線已經(jīng)在各地多處興建。將煤氣生產(chǎn)中煤氧吹氣化后得到的合成氣在 3.5～5.0 MPa 和 230～250 ℃條件下，擴(kuò)散到淤漿床懸浮于惰性溶液中的催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)，在雙功能催化劑(甲醇合成和脫水)的作用下，將有 75%～80%的 CO 轉(zhuǎn)化為二甲醚。

　　主要化學(xué)反應(yīng)為：CO + H2= CH3OH

　　CO + H2O = CO2+H2

　　2CO + 4H2= CH3OCH3+ H2O

　　合成氣進(jìn)入淤漿床之前的凈化過程是不可缺少的。煤氧吹氣化生成的合成氣中含有硫、砷、金屬羥基化合物等雜質(zhì)，要把這些成分在反應(yīng)前脫除。在淤漿床中反應(yīng)制得的二甲醚成品中還有二氧化碳、甲醇、水等組份，要把這些組份分離出去，才能得到純凈的二甲醚成品。分離流程采用“吸收—解析—精餾”這一工藝過程。在二甲醚的提純過程中，二甲醚和二氧化碳的吸收和解析同時(shí)發(fā)生，因此二甲醚的成品提純是一個(gè)復(fù)雜的過程，還有待深入研究找到更合適的分離工藝和操作方法。

　　3 一步法制取二甲醚的優(yōu)勢(shì)

　　(1)從資源方面看，我國的煤炭資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石油、天然氣資源。隨著石油、天然氣資源的日益短缺和大量依賴進(jìn)口，我國作為煤資源大國的優(yōu)勢(shì)地位就得以顯現(xiàn)。把煤由單純的燃料轉(zhuǎn)化為化工原料以取代日益短缺的石油和天然氣，成為走出資源短缺困境的一條可取之路，以煤為原料制取二甲醚就有了其現(xiàn)實(shí)和深遠(yuǎn)的意義。

　　(2)從煤化工開發(fā)的角度看，煤化工越來越受到人們的重視，煤化工項(xiàng)目以在全國多處立項(xiàng)建廠，為由煤制取二甲醚提供了先決條件，使煤化工后續(xù)產(chǎn)品鏈得以延伸，也為二甲醚制備提供了原料基礎(chǔ)。

　　(3)煤化工項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行后，其產(chǎn)品合成氣直接用于二甲醚合成，使二甲醚生產(chǎn)的運(yùn)行費(fèi)用降低，能源消耗減少，提高了二甲醚產(chǎn)品的綜合效益，為其占領(lǐng)市場(chǎng)提供了優(yōu)勢(shì)條件。

　　三、研究主要內(nèi)容

　　1.查找文獻(xiàn)比較各工藝優(yōu)缺點(diǎn)并確定工藝路線。

　　2.利用化工設(shè)計(jì)、化工原理等書籍計(jì)算物料衡算、熱量衡算、設(shè)備選型。

　　3.運(yùn)用AutoCAD繪制工藝流程圖、主設(shè)備塔圖等。

　　四、本課題的進(jìn)度安排

　　第1-2周：查閱文獻(xiàn)，整理資料，寫文獻(xiàn)綜述,確定工藝路線。

　　第3-4周做開題報(bào)告。

　　第5-6周進(jìn)行物料衡算和熱量衡算。

　　第7-9周進(jìn)行合成工段設(shè)備選型。

　　第10-11周進(jìn)行甲醇精餾工段設(shè)計(jì)。

　　第12-13周繪制CAD圖紙。

　　第14-15周撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)。