甲基叔丁基醚工艺设计

滁州学院本科毕业论文1年产4.0万吨甲基叔丁基醚的工艺设计摘要：本设计是年产4.0万吨甲基叔丁基醚装置生产工艺设计，主要以精馏工段为工艺设计对象，结合了安徽中联能源有限公司年产3.0万吨MTBE项目的基础上，按任务要求生产量设计此工艺流程。此反应采用的合成工艺是汽油经脱丙烷后的混合成分中的异丁烯与甲醇在强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂催化剂上进行反应生成MTBE。随着我国国民经济和轿车行业的发展，加上国家对无铅汽油的禁止使用，作为环保型无铅汽油主要添加剂的甲基叔丁基醚，不仅能有效的提高汽油的辛烷值和汽油燃烧效率，并且减少有害气体的排放，还可有效改善汽油的冷启动特性和加速性能，对气阻无不良影响，因此其其社会需求量与日俱增。关键词：甲基叔丁基醚；异丁烯；甲醇；MTBE工艺设计Processdesignofanannualoutputof40000tonsofmethyltert-butyletherAbstract:Thedesignisannualoutputsof40000tonsofmethyltart-butyletherdeviceproductionprocessdesign,mainlyinthedistillationprocessforprocessdesign;combinedwiththeAnhuiZhonglianEnergyCompanyLimitedannualproductioncapacityof30000tonsofMTBEprojectaccordingtothetaskrequirements,designtheproductionprocess.ThesynthesisprocessofthisreactionisusedingasolinebyisobuteneandmethanolmixturecomponentsafterdepropanizerinstronglyacidicstyrenewasthereactionofMTBEcationexchangeresincatalyst.Withtherapiddevelopmentofournationaleconomyandthecarindustry,togetherwiththenationalbanontheuseofunleadedgasoline,methyltertbutyletherenvironment-friendlylead-freegasolineasmainadditive,notonlycaneffectivelyimprovetheoctanenumberofgasolineandgasolinecombustionefficiency,andreducetheemissionofharmfulgases,thecoldstartcharacteristicscaneffectivelyimprovethegasolineandtheaccelerationperformance,noadverseeffectontheairresistance,soitssocialdemandgrowwitheachpassingdayKeyWords：Methyltert-butylether；Isobutene；Methanol;MTBEprocessdesign滁州学院本科毕业论文21绪论1.1MTBE概述、理化性质、应用、在中国的发展1.1.1MTBE概述甲基叔丁基醚，英文缩写为MTBE（methyltert-butylether），溶点-109℃，沸点55.2℃，是一种无色、透明、高辛烷值的液体，具有醚样气味，是生产无铅、高辛烷值、含氧汽油的理想调合组份，作为汽油添加剂已经在全世界范围内普遍使用。它不仅能有效提高汽油辛烷值，而且还能改善汽车性能，降低排气中CO含量，同时降低汽油生产成本。另外，MTBE还是一种重要化工原料，如通过裂解可制备高纯异丁烯。MTBE是含氧量为18.2%的有机醚类。它的蒸汽比空气重，可沿地面扩散，与强氧化剂共存时可燃烧。1.1.2MTBE理化性质表1-1MTBE物理性质密度(kg/m3,20℃）740.6临界温度（°C）223.9比热容（°C）2.135蒸发热(J/(g·K））30.10燃烧热(MJ/kg）38.21临界压力(MPa）3.37雷德蒸汽压(bar）0.55折光指数（20°C）1.3689着火点（°C）480空气中爆炸极限(%V）上限15.1；下限1.6研究法辛烷值117马达法辛烷值101水在MTBE中的溶解度（20℃，g/100g）1.5MTBE在水中的溶解度（20℃，g/100g）4.3MTBE化学性质如下：①MTBE与氧气或空气接触时，不能形成爆炸性过氧化物。滁州学院本科毕业论文3②MTBE与强无机酸相接触，则会发生分解反应，生成异丁烯、甲醇及烃类。③MTBE在酸性三氧化二铝存在下，于20℃和压力条件下，生成异丁烯、甲醇，由此性质可生成高纯度异丁烯。④MTBE与甲醛在阳离子树脂上于140℃反应生成异戊二烯、甲醇。⑤MTBE在230～280℃，在有催化剂存在下与空气氧化可以生成异戊二烯。1.1.3MTBE的应用甲基叔丁基醚是目前四乙基铅的替代产品。以碳四中的异丁烯和甲醇为原料，在大孔磺酸阳离子交换树脂催化作用下生成，并经精制而成。产品性能：该品有类似樟脑的气味，无色透明，在室温下，能与醇、醚、脂肪烃、芳烃、卤化溶剂等完全互溶。该品同其他甲基叔烷基醚一样，还有另一个非常重要的性能，即很强的抗自动氧化性，不易生成过氧化物。主要供炼油厂作高辛烷值汽油的调合剂，也可作石蜡、油品、香料、生物碱、树脂、橡胶的溶剂、有机合成反应剂。易燃易挥发，遇火种、热源有爆炸的危险。20世纪70年代，MTBE作为提高汽油辛烷值的汽油调和组分开始被人们注意。MTBE可以增加汽油的辛烷值，而且化学性质稳定。添加MTBE的汽油还能改善汽车的行车性能，降低尾气中一氧化碳的含量。而且燃烧效率高，可以抑制臭氧的生成。它可以替代四乙基铅作为抗暴剂，生产无铅汽油。现在约有95%的MTBE用作辛烷值提高剂和汽油中含氧剂。MTBE也是制取聚合级异丁烯的重要原料。还用于甲基丙烯醛和甲基丙烯酸的生产。1.1.4、MTBE在中国的现状与发展据C1统计数据显示，中国MTBE装置产能扩张迅速，未来五年或超千万吨，新投产的MTBE装置单套产能较大，直接生产原料亦有所改变。与此同时，中国生产高标号汽油对MTBE需求持续增加，而下游的丁基橡胶等深加工装置发展迅速，中国MTBE的产业发展日趋成熟。但需求或将难以跟上MTBE的产能扩张，未来或将显露产能过剩，不排除有大量的MTBE出口。(1)截止到2010年底产能超过600万吨，地方炼厂开工率偏低C1统计截止到2010年底中国MTBE装置产能达到619.15万吨，其中三大主营炼厂（中石油、中石化和中海油）的产能为315.5万吨，地方炼厂的产能为303.65万吨。2010年的产量为398万吨，其中主营炼厂的装置开工率约在80-90%，而地方炼厂的装置开工率约在40-50%。单套装置产能超过10万吨的约有9套，最大的是盘锦和运2010年投产的单套产能20万吨/年MTBE装置，其次是燕山石化产能为15万吨/年。其余炼厂MTBE装置产能多在5万吨/年左右。（2）2011年产能扩张速度不减2011年上半年诚恒化工（产能14.4万吨/年），安徽泰和森（产能5万吨/年），中普石油滁州学院本科毕业论文4（产能5万吨/年），惠州中创（产能2.4万吨/年）等炼厂的MTBE装置陆续投产。下半年盘锦和运，宁夏炼化，京博石化，胜华化工，浙江美福等炼厂有MTBE装置计划陆续投产。预计2011年中国MTBE的产能将增加百万吨以上。（3）近三年市场整体供应偏紧，大量进口资源进入中国市场从2009年起中国的一系列成品油的政策调整，包括汽油品质升级，炼厂环节征税等使得生产汽油对MTBE的需求增长较快，从2009年起中国MTBE的进口量远大于出口，MTBE表现为净进口的产品。据海关数据显示，2009年中国MTBE的净进口数量为34.51万吨，2010年净进口数量为68.65万吨，2011年1-7月净进口数量为35.46万吨。中国生产高标号汽油对MTBE需求持续增加，而下游的丁基橡胶等深加工装置发展迅速，中国MTBE的产业发展日趋成熟。但需求或将难以跟上MTBE的产能扩张，未来或将显露产能过剩，不排除有大量的MTBE出口。预计到2015年中国MTBE的产能将突破千万吨，而后期的使用新原料的装置，将解决MTBE原料瓶颈问题，预计开工率将有所上升。以70-80%的开工率计算，则生产的MTBE的数量约为700-800万吨。据C1的预测，截止到2015年中国汽油需求量将上亿吨，其中高标号的汽油以80%计算，生产高标号汽油所需的MTBE的比例按照8%计算，则生产高标号汽油所需的MTBE预计在640万吨左右；而下游化工生产丁基橡胶对MTBE的需求量在60万吨左右；另外其他的医药中间体等需求约在数万吨。据此计算，到2015年对MTBE的需求量预计在700万吨左右。综上，到2015年中国MTBE或将开始显露生产过剩，届时或将有出口。1.2MTBE工艺设计依据、技术来源、合成工艺1.2.1MTBE工艺设计依据本设计是根据给定的任务要求年产4.0万吨的甲基叔丁基醚。由于MTBE取代四乙基铅添加到汽油中可以减少环境污染近年来收到了更为广泛的应用。随着中国现代化的发展汽车的不断普及，汽油的需求量日益增加，也伴随着MTBE产量需求的增加，因而MTBE的工艺设计对中国现代化成产具有重要的作用。目前MTBE最先进应用最为广泛的是离子交换树脂法，此方法节约能量对环境友好。所以此工艺设计采用的也是离子交换树脂法。1.2.2技术来源我国自20世纪70年代末开始MTBE合成技术的研究和开发,第一套生产装置于1983年在齐鲁石化公司橡胶厂投产,规模为0.55万t/a。先后开展MTBE合成工艺、催化剂、反应工程研究与开发的单位有齐鲁石化公司研究院和橡胶厂、岳阳石化总厂橡胶厂、燕山石化公司、滁州学院本科毕业论文5吉林化工公司、上海石化研究院、清华大学化工系、北京石油设计院、上海高桥石化公司炼油厂、洛阳炼油厂等。通过有关单位协作,先后开发出多种合成工艺。主要有以下三种:（1）常规MTBE合成工艺由反应、共沸蒸馏和甲醇回收三部分组成,使用固定床反应器,异丁烯和甲醇在强酸性阳离子交换树脂存在下液相合成MTBE。反应压力0.8～1.47MPa,温度40～80℃,醇烯比为1.0左右,利用冷却设备以外循环方式取出部分反应热来控制反应温度。异丁烯转化率可达90%～95%,接近平衡转化率。（2）催化蒸馏法MTBE合成工艺把催化反应与分馏结合的反应蒸馏技术早已被用于酯化、水合等反应过程,而应用于大型MTBE合成过程则是美国Chem.Research&Liecensing公司首先成功的,于1987年工业化。（3）混相床反应蒸馏MTBE合成工艺这是由齐鲁石化公司研究院、北京石油设计院和上海高桥石化公司炼油厂联合开发的,1992年3月通过中国石化总公司的技术鉴定。这一工艺的特点是在反应塔内设一固定床反应段,不需任何冷却设备。控制反应压力使反应在沸点温度下进行,反应热使部分物料汽化而使反应温度衡定,形成汽-液混相状态。反应物浓度较高时,可把催化剂分为几个床层,部分未预热的原料由侧线进入各床层之间,作为激冷料进一步调节汽化率与反应温度,但各床层之间不设分馏塔板。MRD技术分为两种类型,即MRD-A型、MRD-B型。MRD-A型用于炼油型MTBE装置,MRD-B型用于石油化工型。1.2.3本次设计采用的合成工艺在本次设计中我采取MTBE常规工艺装置，反应装置采取固定床反应技术，分离装置采取三塔分离形式，即由两个固定床反应器、MTBE共沸精馏塔、萃取塔和甲醇精馏塔组成。该工艺属于传统工艺，技术上已经非常成熟，它适用于异丁烯浓度变化较大的C4原料。滁州学院本科毕业论文61.3厂址选择、设备