| 标题 | 5万t/a甲基叔丁基醚工艺计算 |
| 范文 | 黄燕 蓝梓健 黄苗 张智建 摘 ?????要：在5万t/a甲基叔丁基醚工艺设计中，采用了催化精馏工艺，此工艺采用蒸馏塔把醚化反应后的MTBE提纯，把催化反应与精馏分离集于一体，产品纯度高达98%，大大减少了建设维护的投入，符合经济效益。由Aspen模拟得出MTBE产量为6 333.593 kg/h，可以达到5万t的年产量。 关 ?键 ?詞：甲基叔丁基醚;催化精馏;工艺计算 中图分类号：TQ015.1 ??????文献标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）08-1870-04 Abstract： 50 kt/a Methyl tertiary butyl ether production process was designed. The process uses catalytic distillation technology， and distillation tower is used to purify methyl tertiary butyl ether after etherification reaction， the catalytic reaction and the distillation separation are combined in the process. The product purity can reach 98%， the cost in construction and maintenance can be greatly reduced.Aspen simulation results showed that MTBE production was 6333.593 kg/h， which can reach an annual output of 50 000 tons. Key words： Methyl tert-butyl ether; Catalytic rectification; Process calculation 甲基叔丁基醚是一种汽油组分，其辛烷值高，MTBE的辛烷值分别为：研究法：115，马达法：100，同时它也是一种汽油抗爆剂。MTBE和汽油可以互溶，具有很好的调和效益，通过MTBE调合出来的辛烷值比其本身的还要高。MTBE具有较高的含氧量，较好地改善尾气排放[1]。 1 ?MTBE的反应原理 1.2 ?工艺条件 影响甲基叔丁基醚生产的工艺参数：反应温度、甲醇与异丁烯的物质的量比、催化剂等。甲醇与异丁烯物质的量比为（1.1～1.2）︰1较好。本项目采用1.05∶1。催化剂采用磺酸基交换树脂催化剂。 1.3 ?MTBE的合成工艺简介 合成MTBE生产工艺主要是醚化工艺，目前国内MTBE合成工艺主要有：固定床反应技术、膨胀床反应技术、固定床与共沸精馏或催化精馏组合工艺、混相床与共沸精馏或催化精馏、膨胀床与催化蒸馏组合工艺等[2，3]。从表2-3看出，无论从设备费还是效益来看，膨胀床与催化精馏组合工艺合成 MTBE 是目前较优的工艺技术路线。本装置采用催化精馏组合工艺。 1.4 ?生产工艺说明 本装置以中国石油化工股份有限公司茂名分公司催化裂化车间气液分离出来的催化裂解碳四（含异丁烯18.99%）和本厂丁二烯抽提车间抽余碳四（含异丁烯34.1%）两者以50.326∶1（重量比）混合为碳四原料。 2 ?进料组成 2.1 ?流量计算 根据设计参数以及进料各组分质量分数确定进料各组分质量，本次设计年产5万t MTBE，一共使用了两个膨胀床反应器，主副反应器选用绝热膨胀床反应器，由于缺少动力学数据，副反应器和精馏塔模拟反应精馏塔。膨胀床：液相反应物通过催化剂床层与固体催化剂（装填在反应器中）接触进行的化学反应（图1）。 根据设计给的参数要求两个反应器中异丁烯的转化率均为90%，异丁烯和水副反应水转化率为85%左右，原料甲醇生成二甲醚的转化率确定为0.1%，异丁烯和甲醇副作用生成MSBE的转化率为5%。 已知进料流量，应用aspen模拟计算。本流程中混合碳4进料物流101经过一个泵P101单元升压后，与甲醇物流102按一定比例（使用计算机模块进行控制），经过混合单元进行混合、加热器单元预热后，再进入反应器R101进行反应，在反应器R101中绝大部分的异丁烯与甲醇反应生成MTBE产品。反应器底部物料与甲醇物流108再按一定比例控制进入第二反应器R103进一步反应。反应器R103和塔单元C101模拟反应精馏塔。此醚化反应后的物料从反应塔底部流出 MTBE产品。醚后碳四及甲醇从反应精馏塔顶部馏出去，经萃取塔C102出水萃取后，经塔C103回收甲醇[4，5]。 2.2 ?进料组成及条件 进料温度为25 ℃，压力0.4 MPa（g），质量流量21 505 kg/h，混合碳四进料物流101组分如表1所示。 进料温度25 ℃，压力为0.3 MPa（g），质量流量为2 450 kg/h，甲醇物流102组分组成：CH4O 99.8%，H2O 0.2%。补充甲醇物流108的组分同上，操作温度为25 ℃，压力为0.7 MPa（g），质量流量为131.66 kg/h。 萃取剂物流112温度40 ℃，压力为0.51 MPa（g），质量流量为5 000 kg/h.萃取剂物流的组分组成：CH4O 0.2%，H2O 99.8%。 2.3 ?各设备操作条件 泵P101出口压力输入为1.2 MPa（g），物流混合器X501的操作压力为1.2 MPa，加热器E501的温度为45 ℃，压降为0.03 MPa。 2.4 ?各反应器工艺条件 2.4.1 ?反应器R101和R103 对于反应器R101和R103设定出口压力均为0.70 MPa（g），热负荷为0，均为绝热反应。 2.4.2 ?精馏塔C101 精馏塔C101各参数如下所示，全塔塔板数60，馏出物/进料质量比0.738，回流质量比1，精馏塔进料位置15，操作压力0.55 MPa（g）。 经过模拟计算得知甲基叔丁基醚的收率为0.984，达到设计要求，回流比为1.09，反应温度为52.95 ℃ 2.4.3 ?甲醇回收塔 甲醇回收塔C103采用平衡级计算方式，塔板数为45块塔板，进料位置为第30块塔板，冷凝器类型、再沸器类型、有效相态和收敛方法同塔C101相同，全塔的馏出物/进料质量比为0.085 19;回流质量比为10，塔顶操作压力为0.01 MPa（g），全塔压降为0.04 MPa（g）。由计算结果可知甲醇回收达到预计要求98.5%，馏出物/进料质量比为0.065 6，因此所有設置参数均符合本次设计的要求。 2.5 ?MTBE与甲醇模拟计算结果 MTBE模拟aspen计算结果如表2所示。 由表2的Stream Pesults窗口中，可以看到物流110中MTBE的产量为6 333.593 kg/h，摩尔流量为71.97 kmol/h，从结果可知产品的量达到了年产5万t MTBE的要求。 甲醇回收aspen计算结果如表3所示。 由表3可以看到在Stream Results窗口中，甲醇物流116中甲醇量为349.68 kg/h，摩尔流量为10.928 kmol/h，其他醚后碳四含量几乎没有，可以得到回收的甲醇比较纯净，回收效果达到预期的目的。 2.6 ?物料衡算 2.6.1 ?反应器R101物料衡算 反应器R101进料物流为混合物流105，出料物流为物流106，对进出物流物料衡算列于表4。 2.6.2 ?反应器R103物料衡算 反应器R103进料物流为物流106和补充甲醇物流108，出料物流为物流107，补充甲醇摩尔质量为4.114 kmol/h，其中甲醇含水（质量分数0.2%）为0.008 2 kmol/h，反应器R103进出物料衡算见表5。 2.6.3 ?精馏塔C101物料衡算 精馏塔C101进料为物流107，出料组成分为塔顶醚后碳四、剩余甲醇物流109和塔底MTBE产品物流110两股物流. 根据设计给的参数要求两个反应器中异丁烯的转化率均为90%，异丁烯和水副反应水转化率为85%左右，原料甲醇生成二甲醚的转化率确定为0.1%，异丁烯和甲醇副作用生成MSBE的转化率为5%[6，7]。经过精馏甲基叔丁基醚产品从塔底出来，现将精馏塔C101进出物料衡算结果列于表6。 2.6.4 ?甲醇回收塔C103物料衡算 甲醇回收塔进料为甲醇、水的混合物流115，最终甲醇从塔顶物流116分离回收，塔底物流117出来。现将进出物料衡算结果列于表7。 3 ?结 论 本设计采用了催化精馏工艺，此工艺采用蒸馏塔把醚化反应后的MTBE提纯，把催化反应与精馏分离集于一身，产品纯度高达98%，大大减少了建设维护的投入，符合经济效益。用Aspen plus软件对本设计装置进行模拟计算，检验产品的纯度以及产量是否达标，整套模拟系统成功运行之后，就能较快的得出物料平衡和能量平衡设计中的数值。通过对精馏塔的优化计算，进行多次验算，最终才得到最合适的塔板数以及其他参数[8]。 参考文献： [1]苏倩，赵云发，李东，李慧蓉. 年产3万吨甲基叔丁基醚工艺模拟设计[J]. 山东化工，2014，9 （2）： 130-133. [2]张晓瑜;兰涛;李立新;武征;孙愿. MTBE生产工艺比选及循环经济构建[J]. 现代化工，2014，34（5）：14-16. [3]Hutchings G J，Nicolaides C P，Scurrell M S. Identification of a Ruminococcaceae Species as the Methyl tert-Butyl Ether （MTBE） Degrading Bacterium in a ethanogenic consortium[D]. Brunswick，1992. [4]胡玉才，叶兴凯，吴越. 固体杂多酸气相催化合成甲基叔丁基醚[J].石油学报，1996，12 （ 2） ：51-58. [5]金福江，张淑蓉，陈伯伦. 化工型膨胀床合成 MTBE 的技术[J].石油炼制与化工，1998，29（7） ： 24-27. [6]李大伟，项曙光，韩方煜.甲基叔丁基醚的生产工艺及应用进展[J].河北化工，2006，29（12） ： 36-38. [7]金天胜. 甲基叔丁基醚的工艺技术探讨[J]. 科技创新导报，2011，20 （1）： 117. [8]刘光启，马连湘，刘杰.化学化工物性数据手册[M].工业装备与信息工程出版中心，2002，20（1） ： 134-138. |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。