年產(chǎn)5萬噸甲基叔丁基醚生產(chǎn)工藝

1、重慶理工大學化學工藝設(shè)計摘要關(guān)鍵詞：甲基叔丁基醚 異丁烯 甲醇- -目錄摘要第 1 章 緒論11.1 概述11.1.1 MTBE生產(chǎn)歷史和生產(chǎn)前景11.1.2 設(shè)計依據(jù)11.1.3廠址的選擇及設(shè)計地區(qū)的自然條件車間的組成及人員21.2 工藝說明21.2.1 原材料規(guī)格21.2.2 副產(chǎn)品規(guī)格31.2.3 安全標準31.2.4 產(chǎn)品性質(zhì)41.2.5 生產(chǎn)工序及工藝流程敘述61.2.6 生產(chǎn)控制一覽表101.2.7 三廢及處理11第 2 章 計算部分122.1 物料衡算122.1.1 全車間物料衡算122.1.2 反應器物料衡算132.1.3 MTBE精餾塔物料衡算192.1.4 萃取塔物料衡算2

2、02.1.5 回收塔物料衡算222.2 熱量衡算242.2.1 一器一段循環(huán)冷卻器E-101熱量衡算242.2.2 一器一段熱量衡算252.2.3 T101B塔底出料換熱器E104的熱量衡算262.2.4 T101進料換熱器熱量衡算272.2.5 T101熱量衡算（包括T101B塔底再沸器E106，T101A塔頂冷凝器E107）272.2.6 E108熱量衡算282.3 反映器部分的計算312.3.1 R101各段出口溫度的計算312.3.2 R101各段密度的計算322.3.3 催化劑用量和床層高度的計算342.3.4 反應器直徑的計算342.4 精餾塔的計算362.4.1 精餾塔物料平衡3

3、62.4.2 精餾塔各部分溫度的計算372.4.3 回流比和理論塔板數(shù)412.4.4 進料位置的計算432.4.5 精餾塔全塔熱平衡432.4.6 精餾塔塔徑和塔高的計算452.5 萃取塔計算462.5.1 萃取塔理論級數(shù)的確定462.5.2 萃取塔塔徑的計算472.5.3 萃取塔塔高的計算532.6 換熱器的計算552.7 泵的計算562.7.1 進口阻力572.7.2 582.8 技術(shù)經(jīng)濟核算59致謝62- II -第 1 章 可行性報告 1.1概述甲基叔丁基醚，英文縮寫為MTBE（methyl tert-butyl ether），溶點-109，沸點55.2，是一種無色、透明、高辛烷值的液

4、體，具有醚樣氣味，是生產(chǎn)無鉛、高辛烷值、含氧汽油的理想調(diào)合組份，作為汽油添加劑已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)普遍使用。它不僅能有效提高汽油辛烷值，而且還能改善汽車性能，降低排氣中CO含量，同時降低汽油生產(chǎn)成本。另外，MTBE還是一種重要化工原料，如通過裂解可制備高純異丁烯。MTBE是含氧量為18.2%的有機醚類。它的蒸汽比空氣重，可沿地面擴散，與強氧化劑共存時可燃燒。甲基叔丁基醚是一種高辛烷值（研究法辛烷值115）汽油添加劑，化學含氧量較甲醇低得多，利于暖車和節(jié)約燃料，蒸發(fā)潛熱低，對冷啟動有利，常用于無鉛汽油和低鉛油的調(diào)合。而裂解得到的聚合級異丁烯，供丁烯橡膠使用。含異丁烯0.5以下的直鏈丁烯用作丁烯氧化

5、脫氨制丁二烯的原料。將MTBE進行分解，所得的異丁烯只需要進行經(jīng)過簡單蒸餾及洗滌，即可得到99.5的高純度異丁烯。MTBE作為新興的重要的化工產(chǎn)品，早已廣泛應用在法國、意大利、加拿大等國家,但是由于環(huán)境的問題目前美國已經(jīng)開始禁止生產(chǎn)了。由于汽車的全面發(fā)展,所以MTBE的前途一片光明。在1973年意大利第一套10萬噸/年的MTBE工業(yè)裝置投產(chǎn)后，作為新興汽油添加劑，MTBE引起了各國石油化學界的普遍重視，其產(chǎn)量每年以54的速度增長。MTBE工業(yè)成為當時極有前途的新興工業(yè)之一。在歐洲國家的基礎(chǔ)上，1979年我國才開始研究MTBE合成工業(yè)。1983年我國第一套500萬噸/年化工型MTBE工業(yè)裝置建成

6、后，增長的速度較快，并形成一定規(guī)模的生產(chǎn)能力。制備MTBE的原料異丁烯的技術(shù)發(fā)展呈多樣化的趨勢，其中用一種異丁烷制異丁烯的技術(shù)生產(chǎn)MTBE極為理想,總收率達95;不過MTBE生產(chǎn)工藝普遍采用用酸性的離子交換樹脂合成MTBE，用MeoH和異丁烯在液相70100下通過酸性的離子交換樹脂在填充床內(nèi)進行,離子交換樹脂是磺化聚苯乙烯和二乙烯基苯共聚物。1.2 設(shè)計依據(jù)【12】 根據(jù)要求，設(shè)計年產(chǎn)22萬噸MTBE的生產(chǎn)工藝。由于MTBE取代四乙基鉛可減少環(huán)境污染，且用途廣泛，促使了世界各國對MTBE的需求量日益增加，因此世界各國都在尋求更先進的方法，投資建廠生產(chǎn)MTBE。合成MTBE生產(chǎn)工藝主要是醚化工藝

7、，根據(jù)醚化反應器的不同，MTBE合成技術(shù)有以下幾種形式：a.固定床反應技術(shù): 固定床技術(shù)采用的是下流式固定床反應器，在70到100液相，甲醇與異丁烯在強酸陽離子交換樹脂的作用下，反應生成MTBE。該技術(shù)采用外循環(huán)取熱方式來控制，用冷卻水在反應器外移走反應熱，用分餾塔分離產(chǎn)物MTBE和甲醇以及剩余的碳四餾分。此法用于含異丁烯濃度變化較大的碳四原料。盡管反應器用水冷卻，但仍會出現(xiàn)熱點，難于消除，但是此技術(shù)成熟，運用廣泛，MTBE裝置已經(jīng)進行了很大程度的優(yōu)化,主要是在反應器的操作上引入了混相思想,使得裝置在主要設(shè)備沒有進行改動的情況下處理能力增加了一倍,裝置處理能力提高后能耗得到了降低.，并且經(jīng)濟合

8、算。b.膨脹床反應技術(shù): 該技術(shù)的主反應器采用上流式膨脹床，在生產(chǎn)過程中，反應原料自下而上經(jīng)膨脹床反應器催化劑床層。達到一定值后，催化劑床層便開始膨脹，由于催化劑床層受到輕微的擾動，有利于提高催化劑的活性，加快反應床層的傳熱過程，有利于反應的進行和反應熱的擴散，使床層溫度分布均勻，不存在局部熱點。此方法投資少，結(jié)構(gòu)簡單，催化劑裝卸方便，但操作彈性較小。c.硫酸催化技術(shù): 該技術(shù)是將一定比例的原料送人第一反應器中，待反應混合物預熱至70時，與硫酸混合，在一定溫度下將混合物送入第二反應器中，最后反應混合物進入分離器分離有機相和酸相，在分離器中回收得到的硫可循環(huán)使用，有機相則進入水洗塔，用NaOH含

9、的循環(huán)水中和酸，生成Na2SO4和H2O。含甲醇的萃取想進入甲醇回收塔，回收的甲醇可坐在循環(huán)使用，其余則進入MTBE塔，在塔內(nèi)蒸餾，塔底得到產(chǎn)物MTBE。d.混相反應蒸餾技術(shù): 混相反應蒸餾技術(shù)是合成MTBE的新工藝，將混相反應與分離相結(jié)合，融合了混相反應級數(shù)和催化蒸餾技術(shù)的優(yōu)點，具有國際先進水平。目前主要有化工型和煉油型兩種?；ば图夹g(shù)其反應塔的上不是催化蒸餾反應段，中部是混相反應段，下部是提餾段。該技術(shù)更好的利用了熱源，回收了反應熱，進一步的節(jié)省了投資。煉油型技術(shù)的反應塔的上不是精餾段，中部和下部與化工型相同。此方法投資少，能耗低，異丁烯的轉(zhuǎn)化率可達到90%98%。e.催化蒸餾反應技術(shù):

10、催化蒸餾是在催化蒸餾塔中，進行MTBE的合成與產(chǎn)物的分離，這兩個過程同時進行。反應放出的熱直接用來分餾，既減少了外部冷卻裝置有控制了反應的溫度，防止了反應器熱點超溫現(xiàn)象，有效的降低了能耗，節(jié)省了投資。另外，在催化蒸餾塔的某個反應單元中，由于反應物中的MTBE被分離出該單元，反應物中的MTBE濃度降低，打破了反應平衡，使反應向著生成反應物MTBE的方向不斷進行，從而有效的提高了異丁烯的轉(zhuǎn)化率。1.2.1廠址的選擇MTBE的生產(chǎn)需要充足的水源，電能，動力，能源并且資源也要比較富足。根據(jù)以上條件首選長江流域相近的地點，然后在滿足原料甲醇較近的地方就比較適合建廠,由于MTBE是危害化工產(chǎn)品,所以建廠還

11、要遠離人口密集區(qū)。當然還有更細節(jié)的考察項目就不一一介紹。 1.2.2設(shè)計地區(qū)的自然條件重慶市自然條件如下：平均氣壓96.9KPa 最高溫度40.5 最低溫度-2.3平均相對濕度81.0 最大降雨量1490.8平均風速2.0m/s長江最高水位183.25m 長江最高水溫27.6根據(jù)初步調(diào)查重慶市的自然條件,可以確定能滿足MTBE的生產(chǎn)工藝條件.1.2.3車間組成及結(jié)構(gòu)本廠包括生產(chǎn)車間和輔助車間。輔助車間包括：辦公室、工藝組、設(shè)備組、化工班、機修。本車間為連續(xù)自動化生產(chǎn)，共分四個班，四班三倒的作息制度，全年生產(chǎn)按7200小時。1.2.4設(shè)備布置由于生產(chǎn)產(chǎn)品易燃易爆，主要設(shè)備露天布置，考慮到重慶夏天

12、氣候比較炎熱雨水季節(jié)也較多等狀況，泵集中安裝在室內(nèi)，反應器及塔并排安裝，冷凝器及換熱器安裝在二樓和三樓上控，調(diào)節(jié)儀表安裝在控制室。1.3生產(chǎn)工藝的對比以及選擇1.3.1MTBE混相床反應器法其能控制反應床層溫度不升高的原理，是靠部分反應物料在流出反應器后，它的溫度沒有升高，但熱焓卻比同溫度下的液相物料高出許多。這對下游設(shè)備催化蒸餾塔來講，要少消耗使這部分物料汽化所需的供熱蒸汽。也就是說，MTBE混相反應器不但省去了外循環(huán)系統(tǒng)的冷卻水和循環(huán)泵用電，也省去了這部分汽化了的物料在催化蒸餾塔所需的蒸汽量。節(jié)省能耗相當于這部分物料汽化熱的兩倍。MTBE混相反應器與筒式外循環(huán)反應器來比較，還節(jié)省了外循環(huán)系

13、統(tǒng)的冷卻器、循環(huán)泵和流量控制儀表，所用催化劑量也少。因為它的空速只按新鮮物料計，而沒有循環(huán)物料，這樣醚化用催化劑減少了，醚化反應器的設(shè)備投資也減少了。另外，混相反應器內(nèi)汽化的物料是反應物料中沸點最低的輕組分。反應物料中沸點最低的輕組分是C4和甲醇的共沸物。汽化的物料是氣相，它有自升的作用，即向反應器頂部上升的趨勢，在大量液體物料自上而下的流動中，汽化了的物料當然不會象靜液層中氣泡那樣向上鼓泡，但至少這部分汽化了的反應物料隨物流向下的流動速度要減慢一些，即甲醇在床層內(nèi)停留時間相對要長一些。它對于合成MTBE來說，相當于增加了甲醇的比例，有利于提高MTBE的轉(zhuǎn)化率。1.3.2催化蒸餾法催化蒸餾是將

14、催化反應與蒸餾過程在同設(shè)備中同時進行的工藝技術(shù)。其反應段的原理、結(jié)構(gòu)比較復雜. 在反應段中，必須使汽相、液相的物料都能同時對流通過并完成傳質(zhì)傳熱，又要能進行醚化反應。而醚化催化劑是直徑為0.31.2mm的小球，如果直接裝在催化蒸餾塔的反應段，阻力很大，難以實現(xiàn)汽相、液相的物料都能同時對流通過反應段，所以反應段必須設(shè)計特殊的催化劑裝填結(jié)構(gòu)。此工藝比較先進，但是在國內(nèi)沒有大規(guī)模的運用于實際生產(chǎn)。綜述：根據(jù)以上生產(chǎn)方法分析可知：對于催化蒸餾法以及混相反應蒸餾法技術(shù)最為先進，但沒有大規(guī)模的運用于實際生產(chǎn)，所以存在諸多不確定因素；對于混相床反應器法，即離子交換樹脂法工業(yè)運用最早，技術(shù)成熟，經(jīng)過改進后能耗

15、低，綜合經(jīng)濟合理。所以本設(shè)計還是采用固定床反應下的離子交換樹脂法。1.4工藝說明1.4.1原材料規(guī)格本設(shè)計中的原材料其中一部分碳四（含異丁烯18.0）和本廠丁二烯抽提車間抽余碳四 (含異丁烯34.1)兩者以51.33：1（重量比）混合為碳四原料。表1 原材料規(guī)格序號原料名稱控制項目名稱和指標備注1混合碳四原料異丁烯含量18420.8 、 0.5ACN20ppm 、 陽離子4ppm水0.03 、 其他碳四：平衡以計2甲醇外觀：無色透明液體 、比重：0.7910.792初餾點;6465.5 、蒸餾量99.2游離酸：0.002 、 游離堿0.005水0.05、 酸值（koH mg/g）0.035蒸餾

16、殘渣0.002以HAC計以計3堿液NaoH含量64鹽酸溶液HCL含量125觸媒外觀：灰白球狀、孔容：0.250.29ml/g交換當量:4.24.8mg當量/g干樹脂膨脹比：1.31.75、強度：99比表面;1315、粒度：1060目1.4.2副產(chǎn)品規(guī)格表2 副產(chǎn)品規(guī)格序號名稱規(guī)格單位設(shè)計定額1丁烯-1丁烯-141、18.4異丁烯0.4、甲醇0.15MTBE0.5T19.072殘液餾分MTBE98.7Kg101.4.3安全標準【3】1.4.3.1防火、防爆等級和衛(wèi)生標準根據(jù)生產(chǎn)所用原料，中間產(chǎn)品和成品的性質(zhì)，對生產(chǎn)各部分的防火防爆標準規(guī)定如下：表3 防爆等級和衛(wèi)生標準序號地點防火等級防爆等級避雷

17、等級1裝置區(qū)甲級級二類2泵房甲級級二類3中間罐區(qū)甲級級二類1.4.3.2材料及成品的爆炸范圍及衛(wèi)生安全濃度表4材料及成品的爆炸范圍及衛(wèi)生安全濃度序號名 稱閃點自燃點爆炸極限爆炸極限空氣中允許濃度mg/L上 限下 限1碳三組分66.74555101120.52碳四組分40804551220.13碳五組分406.91.254甲 醇1243336.55.50.055MTBE26.78.41.60.351.4.3.3 安全措施本裝置安全特點：原料碳四、甲醇、副產(chǎn)品丁烯-1餾分以及成品MTBE等都是易燃易爆介質(zhì)。閃點低于環(huán)境溫度，其蒸氣與空氣在不正常操作情況下。如誤操作，設(shè)備拆卸檢修等均有可能形成爆炸性

18、混合物。甲醇、MTBE有一定毒性，輔助材料和鹽酸等的水溶液則有一定的腐蝕性，且系統(tǒng)操作壓力也較高。具體措施：（1）控制可燃物質(zhì)，文明生產(chǎn)，消除跑、冒、滴、漏，防可燃物質(zhì)外流。（2）格局空氣和氧化劑，設(shè)備要密閉，采用氮封，水封等是可燃物與氧氣隔絕。（3）消除著火源。（4）防火勢和爆炸波的擴展和蔓延，不形成新的燃燒條件。（5）提高安全技術(shù)，加強安全管理。1.4.4產(chǎn)品性質(zhì)【3】1.4.4.1MTBE物理性質(zhì)表5 MTBE物理性質(zhì)常 數(shù) 名 稱單位數(shù)據(jù)沸 點55.2冰 點108.6閃 點26.7生成自由能（Gf298）液 相KJ/mol119.90氣 相535.30自 燃 點460爆 炸 范 圍空氣

19、vol1.68.4液 體 比 重（d15.56）0.746臨 界 壓 力amt33.85溶 解 度20在100g水中溶醚g4.8920在100g醚中溶水1.5燃 燒 熱KJ/35.1079蒸 發(fā) 潛 熱KJ/321.1776液 體 熱 容KJ/K2.1328折 光 指 數(shù)（20）1.3689絕對熵液 相KJ/mol265.1806氣 相357.6446生成熱液 相KJ/mol313.3991氣 相1.4.4.2MTBE化學性質(zhì)（1）MTBE與氧氣或空氣接觸時，不能形成爆炸性過氧化物。（2）MTBE與強無機酸相接觸，則會發(fā)生分解反應，生成異丁烯、甲醇及烴類。（3）MTBE在酸性三氧化二鋁存在下，

20、于20和壓力條件下，生成異丁烯、甲醇，根據(jù)此特點可生產(chǎn)高純度異丁烯。（4）MTBE與甲醛在陽離子樹脂上于140反應生成異戊二烯、甲醇。（5）MTBE在230280，在有催化劑存在下與空氣氧化可以生成異戊二烯。1.4.4.3生產(chǎn)原理MTBE是由混合碳四中的異丁烯和甲醇在強酸性苯乙烯大孔陽離子交換樹脂催化劑上進行合成。主反應方程式: +副反應方程式: + （TBA） 其中選擇工藝參數(shù)，必須綜合考慮動力學和熱力學因素，采用外循環(huán)冷卻絕熱式固定床反應器，采用水萃取法回收過量甲醇后，以蒸餾方式使甲醇水分離，甲醇循環(huán)使用。1.4.5生產(chǎn)工序及工藝流程敘述本車間分為反應、精餾、回收三個工序。來自836#罐區(qū)

21、的混合碳四原料經(jīng)FRQ109進行流量記錄與累積后進入碳四原料儲罐V101，V101液面通過LICA101液面調(diào)節(jié)器保持穩(wěn)定，來自845B區(qū)的工業(yè)甲醇經(jīng)FRQ110進行流量記錄與累積后進入甲醇儲罐V102，其液面由LIA115進行液面指示與報警，當槽內(nèi)壓力過2389.03Pa后開啟水噴淋降溫。由P108A/B泵來的回收甲醇，也進入V102槽，V101罐中的碳四經(jīng)原料泵P101A抽出，由FRC101控制流量8.922T/Hr與P102A/B甲醇泵來的甲醇接觸，醇烯比1.051.2：1進入X101混合器混合。 碳四原料進入P101泵簽經(jīng)在線色譜AR101分析原料中異丁烯含量，V102中的甲醇經(jīng)甲醇原

22、料泵P102A/B抽出，經(jīng)FI111計量后與P101來的碳四混合。碳四原料、甲醇經(jīng)X101混合后進入原料冷卻器E123，以12的冷凍鹽冷卻，出口溫度由TIC102控制在255，冷卻后的物料進入保護反應器R103A/B，以脫除原料的金屬陽離子。R103內(nèi)裝有樹脂3.85立方米，物料經(jīng)過床層后，氧離子濃度即可由4ppm降至1ppm以下。脫除陽離子的新鮮物料由R103出來后，與第一醚化反應器R101A/B一段循環(huán)物料混合一起進入原料換熱器E101，在E101中由TRC101表調(diào)節(jié)蒸汽加熱或循環(huán)水冷卻，控制出口溫度為55，然后進入R101A/B的一段，原料中的異丁烯與甲醇在接觸媒床層進行反應。 一段一

23、器操作條件：壓力：1570537.5Pa，入口溫度：55，出口溫度76.43，充分利用熱能和控制碳四轉(zhuǎn)化率74，一段一器反應終了后，由一段一器循環(huán)泵P103A/B抽出部分物料，循環(huán)到原料換熱器E101，循環(huán)量由FRC102控制循環(huán)比為0.8，其余部分進入一段二器繼續(xù)反應。 由二段流出的物料，溫度為71.7，壓力為1530007.5Pa，經(jīng)一器二段循環(huán)泵P104A/B抽出，視情況一部分經(jīng)一器二段經(jīng)循環(huán)冷卻器E101冷卻后，循環(huán)回到二段上部，循環(huán)量由FRC103控制，冷卻溫度由TRC103控制為69，另一部分物料則通過一器二段出口冷卻器E103冷卻溫度由TRC104控制為69之后進入R101B(A

24、),即一器三段中，三段操作條件：出口壓力：1530007.5Pa，出口溫度：71.7. 當物料經(jīng)過三段床層反應后，異丁烯轉(zhuǎn)化率達93，當一段或二段觸媒嚴重失活時，A與B互換。 由反應器R101A/B流出的物料通過調(diào)節(jié)器PRC102維持第一醚化反應器系統(tǒng)壓力和出口物料平衡。該物料經(jīng)醚踏底出料換熱器E104與一醚塔T101底部排出物料MTBE進行熱交換，使之加熱到80，而后進入一醚塔預熱器E105，用911925Pa蒸汽加熱，用TRC105控制溫度為89.8，進入第一脫醚塔第46塊板。 T101塔的熱量，根據(jù)處理物料的不同分別用30蒸汽或9 蒸汽通過一醚塔底再沸器E106加熱供給，通過TRC106

25、控制35塊板溫度為156，塔底獲得純度為98.7以上的產(chǎn)品MTBE，塔底排出物料由LICA控制，保持液面穩(wěn)定的前提下，經(jīng)一醚塔底出料換熱器E104與進料換熱后，其溫度由159.7降至60，然后經(jīng)MTBE成品冷卻器E108冷卻至40以下，進入MTBE成品儲罐V107A/B。當發(fā)現(xiàn)MTBE成品中膠質(zhì)超過指標時，T101塔可改由第二塊板側(cè)線采出MTBE成品。T101塔底出來膠質(zhì)殘液，殘液徑遙控閥HV105控制，經(jīng)E124殘液冷卻器冷卻至40以下，進入殘液罐V115,再經(jīng)殘液泵P117A/B送出界外，T101塔頂餾出的碳四和剩余的甲醇經(jīng)一醚塔冷卻器E107冷卻后進入一醚塔回流槽V103,冷凝液用一醚塔

26、回流泵P105A/B經(jīng)FRC104控制，流量為8.918T/Hr，打回塔內(nèi)回流，其余部分通過液面調(diào)節(jié)器LRCA103與流量調(diào)節(jié)器FRC105串級調(diào)節(jié)。 T101塔頂?shù)膲毫νㄟ^壓力調(diào)節(jié)器PRC103進行控制，一般情況下用冷凝器的冷卻水量調(diào)節(jié)控制塔壓力，當不凝氣增加而用冷卻水量無法控制塔頂壓力時，則開啟手動遙控閥HICA 101,將不凝氣體排放至火炬系統(tǒng)。表6 一醚塔操作條件：進料塔頂塔底壓力12.1/（1226032.5Pa）12.0/（1215900Pa）12.6/（1276695Pa）溫度89.880.4159.7回流比1.20來自V103回流槽的物料，經(jīng)萃取塔進料冷卻器E109冷卻到254

27、0，然后進入萃取塔T103下部，萃取水由塔上部引入，丁烯-1餾分由塔頂流出，萃取液由塔底流出。萃取相界面和壓力分別由LICA106和PRC106控制。T103為篩板塔，萃取液為連續(xù)相。萃取水來自萃取水槽V105，由萃取水泵P107A/B送入T103上部，水量由FIC107控制，碳四烴經(jīng)T103水洗后，控制甲醇含量0.15，自壓排入丁烯-1餾分槽V108，T103底部的萃取液其中含甲醇10左右，去甲醇回收塔。表7 T103塔操作條件：操作溫度2540操作壓力45.2/（405300526890Pa）液面控制50烴水重量比1.64.4 來自T103底含615甲醇的萃取液，經(jīng)萃取水換熱器E116與來

28、自甲醇回收塔T104底的甲醇，塔釜夜2.64T/Hr(103.3)熱交換，被加熱到75.5之后，在甲醇塔進料預熱器E117中由TIC111控制被9蒸汽加熱到96.4后，進入甲醇回收塔T104回收甲醇。T104塔的熱量由3蒸汽加熱的甲醇塔再沸器E108供給，蒸汽量由FRC126控制。萃取水中的甲醇得以回收，被回收的甲醇由塔頂蒸出，經(jīng)甲醇塔冷凝器E119冷凝后，進入甲醇塔回流槽V106，冷凝液用回流泵P109A/B，打入塔內(nèi)回流，回流量由T104塔靈敏板TRC113控制，其余部分0.265 T/Hr，通過液面調(diào)節(jié)器LICA109控制，經(jīng)套管冷卻后送入甲醇儲罐V102循環(huán)使用。V106槽的不凝氣通過

29、帶有夾套冷卻的放空管排出大氣。T104塔底含甲醇0.5的釜水.再由液面調(diào)節(jié)器LICA108抽出，在萃取水換熱器E116回收熱量后，再經(jīng)萃取水冷卻器E115冷卻到40，而后進入萃取水槽V105.為防止萃取塔和甲醇回收系統(tǒng)有害雜質(zhì)的積累，故通過LICA107連續(xù)定量的排出少部分萃取水至下水道。大部分萃取水循環(huán)至萃取系統(tǒng)。為了補充萃取水的不足，由FIC108控制連續(xù)補充脫鹽水0.272 T/Hr.表7 T104塔操作條件：進料塔頂塔釜溫度（）9667.4103.3壓力（Pa）常壓回流比5當稀甲醇儲槽V110中的甲醇需要進行提純精制時，則可以利用稀甲醇泵P102將稀甲醇送至萃取水換熱器E116入口與萃

30、取塔底來的萃取液按一定比例一同送甲醇回收塔進行回收。由MTBE成品冷卻器E108來的MTBE成品進入MTBE成品貯罐槽V107A/B中，由MTBE成品泵P110A/B抽出，經(jīng)FRQ119進行流量記錄與累計后，間斷送油品車間，845B罐區(qū)C104槽以備外運，為保證V107A/B槽壓力為0.31.0/，設(shè)有一套分程調(diào)節(jié)裝置PICA107,當槽內(nèi)壓力低于0.3/G時，A閥開，補入氮氣，當壓力高于1.0/時，B閥開，向火炬系統(tǒng)泄壓。來自萃取塔T103頂?shù)暮细穸∠?1餾分自壓進入丁烯-1餾分槽V108中，在此緩沖脫水，廢水排入化污系統(tǒng)，丁烯-1餾分則由丁烯-1餾分泵P110A/B抽出，經(jīng)FRQ118進行

31、流量記錄與累積之后，再經(jīng)在線色譜儀AR102分析后，去氧化脫氫車間丁烯抽提工段，多余部分由LICA110在保持V108槽液面穩(wěn)定的前提下，送往成品車間805罐區(qū)，丁烯抽提停車時，則全部送805罐區(qū)。各生產(chǎn)工序中產(chǎn)生的不合格產(chǎn)品，可根據(jù)物料組成情況分別收集與V108A/B，V113槽中，之后再適時的一不合格品泵P112A/B或P101A/B送有關(guān)設(shè)備進行處理。碳四原料罐V101、丁烯-1餾分罐V108以及不合格品罐V109A/B、V113槽，當冬季槽內(nèi)壓力低于0.3/或溫度低于5時，則分別開啟升壓E120、E121、E122進行升壓或升溫。E120液面由LIC111控制，壓力由PRC101控制；

32、E121液面由LIC112控制，壓力由PRC108控制；E122液面由LIC113控制，壓力由PRC109控制.為了收集蒸汽冷凝液，裝置內(nèi)設(shè)有低壓水膨脹槽V11230/蒸汽凝水和9/蒸汽凝水收集與V112中，在V112中閃蒸罐3/飽和蒸汽，閃蒸罐的3/飽和蒸汽部分利用于用氣設(shè)備的熱源以及綜合樓氣源，部分經(jīng)減壓到1.0/，飽和蒸汽在用作熱源。V112槽的壓力保持在2.903.10/。當壓力高于3.20/時，B閥開，多余氣體排出界區(qū)。V112閃蒸后的3/蒸汽凝水，由LIC114控制液面，冬季做采暖，夏季全部送出界區(qū)。生產(chǎn)過程中壓力排放事故排放氣體均收集于汽液分離槽V114中，經(jīng)緩沖后再排入火炬系統(tǒng)

33、，捕集液由不合格品泵抽回裝置中。生產(chǎn)中使用的工業(yè)品離子交換樹脂購入后為含水鈉型，因此在加入反應器前需要進行活化處理，以使其轉(zhuǎn)化為氫型，又離子交換樹脂在使用一段時間后，由于原料中微量陽離子的存在，致使其活性逐漸降低，也需進行再生處理，故裝置中設(shè)有樹脂再生反應器R104和樹脂裝卸噴射器，以及脫鹽水升壓泵P115。1.4.5.1生產(chǎn)控制一覽表表8生產(chǎn)控制一覽表序號取樣點分析方法控制指標1碳四原料罐除金屬陽離子為化學或比色法，其余為色譜法異丁烯含量18420.8 、 0.5 ACN20ppm 陽離子4ppm、水0.03 2甲醇罐氣相色譜法按GB-338-76工業(yè)一級品要求3丁烯-1餾分罐氣相色譜法異丁

34、烯0.4甲醇0.15MTBE0. 54保護反應器口陽離子1ppm 水0.035E101出口氣相色譜法6R103入口氣相色譜法7R101內(nèi)氣相色譜法8R101A出口氣相色譜法9R101B出口氣相色譜法10T101入口氣相色譜法甲醇、0.111T101內(nèi)氣相色譜法12V105排污甲醇含量0.513R104入口化學分析法HCL含量2414R104出口化學分析法NaOH含量261.4.5.2三廢及處理表9三廢及處理序號名稱規(guī)格數(shù)量數(shù)量排放點備注正常T/H最大T/H1含醇廢水甲醇0.50.272V105排化污水池2酸堿廢水PH 51018V104排化污水池3化驗室廢水PH 5100.6排化污水池4含油廢

35、水油烴10ppm320輻射水池排化污水池5廢氣2.8/HV106排大氣6殘液MTBE98.735.0/HT1011.5市場調(diào)查1.5.1國際市場供需關(guān)系1.5.1.1國際供應情況從2008年至今，由于金融危機以及美國禁用MTBE的影響，北美其他一些國家，歐洲部分國家也開始逐步減少MTBE在汽油中的加入，對全球MTBE的生產(chǎn)和消費產(chǎn)生較大影響。據(jù)美國WP報告，2011年全球生產(chǎn)能力以降到1612.5萬t/a，此后還會繼續(xù)下降，到2016年則為1557.5萬t/a。1.5.1.2國際需求情況至今，全美已經(jīng)有26個州相繼禁用MTBE，作為替代品的乙基叔丁基醚消費量在逐步增長；同時，歐洲也以可再生能源

36、乙醇取代MTBE，導致歐洲MTBE的需求量也大幅度下降。WP報告也對此作出了相應的數(shù)據(jù)分析：1.5.1.3產(chǎn)品MTBE價格情況2011年，世界MTBE價格呈現(xiàn)不盤升格局，1月份的價格維持在450美元/t，屬于全年的最低點，從1月份開始，世界MTBE價格開始緩慢上漲，全年最高點出現(xiàn)在12月份，達到810美元/t.主要影響因素是原油價格上漲以及中東地區(qū)貨源稀少。1.5.2國內(nèi)市場供需關(guān)系1.5.2.1供應情況目前國內(nèi)有MTBE生產(chǎn)裝置50多套，總生產(chǎn)能力319.4萬t/a。其中，中國石油3萬t/a以上的裝置13套，生產(chǎn)能力為93.3萬t/a；中國石化19萬套，生產(chǎn)能力為122.9萬t/a；其余為地

37、方企業(yè)，生產(chǎn)能力合計為103.2萬t/a。隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，汽車工業(yè)隨之快速發(fā)展，在此作用下，國內(nèi)在家或者擬建MTBE項目不斷增加。1.5.2.2 需求情況目前，我國汽油含氧兩限制在2.7%以下，通過添加MTBE提高辛烷值已成為提高我國汽油標準最經(jīng)濟的手段。MTBE任講是我們重要的汽油辛烷值改進劑，我國煉油工業(yè)正處于發(fā)展期，加之油品質(zhì)量升級和排放要求的提高，以及進口高硫原油加工量的增加，MTBE的添加比例以其消費量將逐步提高，MTBE的總需求趨勢將穩(wěn)步增長。其中MTBE裂解制異丁烯，是高純度異丁烯的重要來源，有預測報告指出，2012年，2015年我們丁基橡膠需求量分別為20萬t和35萬t

38、，甲基丙烯酸酯分別為35萬t和55萬t，聚異丁烯分別為6萬g和10萬t等。目前我國MTBE需求總量將達到208.4萬t，其中汽油領(lǐng)域需求量198.4萬t，生產(chǎn)異丁烯及其它用途需求10.0萬t；2016年總需求量將達到229.5萬t，其中汽油領(lǐng)域需求量219萬t。生產(chǎn)異丁烯及其它用途需求10.5萬t。顯然，根據(jù)數(shù)據(jù)分析可知我國MTBE在油品方面增長速度將會有所減緩，但在其他方面還有一定上升空間。1.5.2.3產(chǎn)品MTBE價格情況2009年，國內(nèi)MTBE產(chǎn)品價格較去年低，主要原因是煉油廠開工率低，進口量多；銷售量減少，中間商操作減少等等。1.5.3綜合分析情況從國際來看，MTBE在美國禁用是不爭的

39、事實，其他發(fā)達國家同樣會朝著這方向發(fā)展；但是在不發(fā)達國家，如國內(nèi)的MTBE的需求量在較長時間段里還是會穩(wěn)步增長。那么國內(nèi)MTBE今后的發(fā)展因注重以下方面：（1）新建項目應慎重，不易用全新的技術(shù)，穩(wěn)定，可靠，安全是考慮的重點；（2）關(guān)注轉(zhuǎn)產(chǎn)技術(shù)，從MTBE的發(fā)展前景看，應及早為MTBE找更多的發(fā)展前途。（3）大力開發(fā)MTBE的化工用途，進行深加工。除了作汽油添加劑外，MTBE還是良好的反應溶劑和試劑。如異戊烯，甲醇，苯酚的烷基化等，通過裂解制取高純度的異丁烯，可用作丁基橡膠的原料。綜上所述:根據(jù)各方面的調(diào)查, 年產(chǎn)22萬噸MTBE的生產(chǎn)工藝是可行的。第 2 章 計算部分2.1 物料衡算【1】2.

40、1.1 全車間物料衡算2.1.1.1根據(jù)設(shè)計要求：MTBE年產(chǎn)量為22萬噸，按年工作量為7200小時計算，則每小時產(chǎn)工業(yè)MTBE量:根據(jù)設(shè)計要求：成品、副成品指標： 合格品 一級品MTBE 98.0%（m/m） 98.5%（m/m）甲醇 0.6% （m/m） 0.4%（m/m）叔丁醇 0.7% （m/m） 0.5%（m/m）按合格產(chǎn)品計算：（產(chǎn)品中純MTBE含量為98%）則產(chǎn)品中含純MTBE2.1.1.2反應器各段生成的MTBE的量：反應器B出口的MTBE的量（MTBE精餾過程MTBE收率為98.5%） 根據(jù)設(shè)計要求：反應器的一段轉(zhuǎn)化率為74；二段轉(zhuǎn)化率 至86；總轉(zhuǎn)化率為93反應器A出口的M

41、TBE的量（設(shè)計要求：反應器總轉(zhuǎn)化率93，反應器A總轉(zhuǎn)化率86，設(shè)反應器的MTBE收率99%）2.1.1.3進入反應器A的異丁烯的量進入反應器A的異丁烯的量2.1.2 反應器物料衡算2.1.2.1 反應器A進料組成及流量表10 原料抽余碳四的組成及各組分的流量組分分子量質(zhì)量分數(shù)kg/kg質(zhì)量流量kg/h摩爾分數(shù)kmol/kmol摩爾流量kmol/h丙烯42.080.004687.120.00612.07丙烷44.100.0069130.690.00892.96異丁烷58.120.22194202.810.215472.31正丁烯56.110.30805833.550.3096103.97正丁烷

42、58.120.06181170.500.059920.14反丁烯56.110.08631634.530.086729.13順丁烯56.110.0515975.410.051817.38正戊烷72.150.001222.730.00090.32丙二烯40.070.001732.200.00250.801，3-丁二烯54.090.003668.180.00381.26異丁烯56.110.252221017.330.2535374.57水18.000.00035.680.00090.321.000018940.091.0000335.79通過已知數(shù)據(jù)按比例計算新鮮甲醇中純甲醇流率為2464.67表1

43、1 工業(yè)甲醇的組成及流量：名稱摩爾流量kmol/h摩爾分數(shù)kmol/kmol質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分數(shù)kg/kg分子量甲醇76.920.99842464.670.999032.04水0.110.00141.970.000818其他0.020.00020.500.000232工業(yè)甲醇77.051.00002467.141.0000表12 通過已知數(shù)據(jù)按比例計算得混合甲醇流率為3013.88 kg/h名稱丙烯丙烷異丁烷正丁烯正丁烷反丁烯順丁烯正戊烷丙二烯丁二烯水甲醇其他質(zhì)量流量kg/h0.230.3711.4615.923.184.462.660.060.100.192.392972.360.50則

44、醇烯比為：1.09：1 滿足設(shè)計要求。表13 反應器A進料組成及流量（醇烯混合物的組成及流量）組分摩爾流量kmol/h摩爾分數(shù)Kmol/kmol質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分數(shù)kg/kg丙烯2.080.004887.350.0040丙烷2.970.0069131.060.0060異丁烷72.510.16894214.270.1920正丁烯104.250.24285849.470.2664正丁烷20.190.04701173.680.0535反丁烯29.210.06801638.990.0747順丁烯17.430.0406978.070.0446正戊烷0.320.000722.790.0010丙二烯0.

45、810.001932.300.00151，3-丁二烯1.260.002968.370.0031異丁烯85.130.19834776.690.2176水0.450.00108.070.0004甲醇92.770.21602972.360.1354其他0.020.00000.500.0000429.401.000021953.971.0000其他雜質(zhì)含量可忽略不計2.1.2.2 反應器一段反應產(chǎn)物及循環(huán)物料的組成及流量：主反應方程式: +副反應方程式: +2.5 異丁烯二.三異丁烯已知異丁烯生成MTBE的選擇性為99%，甲醇生成MTBE的選擇性為100%.一段反應轉(zhuǎn)換率為74%，反應的異丁烯為: M

46、TBE產(chǎn)量為: 由于生成1的TBA需要1的水，所以生成TBA的量為 0.45生成二.三異丁烯的量為 ：剩下的異丁烯流量為:剩下的甲醇流量為 : 表14 反應器一段出口反應產(chǎn)物的組成及流量：組分摩爾流量kmol/h摩爾分數(shù)Kmol/kmol質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分數(shù)kg/kg丙烯2.080.005787.350.0040丙烷2.970.0081131.060.0060異丁烷72.510.19794214.270.1921正丁烯104.250.28455849.470.2666正丁烷20.190.05511173.680.0535反丁烯29.210.07971638.990.0747順丁烯17.43

47、0.0476978.070.0446正戊烷0.320.000922.790.0010丙二烯0.810.002232.300.00151，3-丁二烯1.260.003468.370.0031異丁烯22.130.06041241.710.0566甲醇30.400.0830974.020.0444MTBE62.370.17025497.920.2506TBA0.450.001233.350.0015二.三異丁烯0.070.00029.820.0004366.381.000021943.351.0000根據(jù)設(shè)計要求循環(huán)物料的循環(huán)比控制范圍為0.55.0。所以取循環(huán)物料的循環(huán)比為0.8.設(shè)循環(huán)循環(huán)物料中

48、含異丁烯的量為x,則 解得x= 17.70同理可得循環(huán)物料中含MTBE的量為49.90 含甲醇的量為24.32表15 則反應器一段循環(huán)物料的組成及流量：組分摩爾流量kmol/h摩爾分數(shù)kmol/kmol質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分數(shù)kg/kg丙烯1.660.005769.880.0040丙烷2.380.0081104.850.0060異丁烷58.010.19793371.420.1921正丁烯83.400.28454679.580.2666正丁烷16.150.0551938.940.0535反丁烯23.370.07971311.190.0747順丁烯13.940.0476782.460.0446正戊

49、烷0.260.000918.230.0010丙二烯0.650.002225.840.00151，3-丁二烯1.010.003454.700.0031異丁烯17.700.0604993.370.0566甲醇24.320.0830779.220.0444MTBE49.900.17024398.340.2506TBA0.360.001226.680.0015二.三異丁烯0.060.00027.860.0004293.171.000017562.561.00002.1.2.3 反應器二段出口物料的組成及流量到二段時異丁烯反應轉(zhuǎn)換率達到86%反應的異丁烯的量: MTBE產(chǎn)量為: 二.三異丁烯的產(chǎn)量為 : 剩下的異丁烯流量為 : 甲醇流量為: 表16 反應器二段出口物料的組成及流量組分摩爾流量kmol/h摩爾分數(shù)kmol/kmol質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分數(shù)kg/kg丙烯2.080.005887.350.0040丙烷2.970.0083131.060.0060異丁烷72.510.20354214.270.1920正丁烯104.250.29265849.470.2665正丁烷20.