【正文】 [14] 國外工藝介紹 目前合成 MTBE國外生產(chǎn)工藝較有代表性的有 :意大利斯納姆 . 普羅蓋蒂 / 阿尼克 (SNAM PROGETTI/ ANIC)工藝、法國石油研究院 IFP工藝 ,美國催化蒸餾及聯(lián)合工藝等。 MTBE的產(chǎn)能及需求情況 國內(nèi) MTBE 真正投 入規(guī)模生產(chǎn)始于上世紀(jì) 90年代 , 尤其近幾年產(chǎn)能迅速增長 , 截至 2020 年年末、 2020 年年初國內(nèi) MTBE 生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能見表 。 MTBE 是良好的反應(yīng)溶劑和試劑 ， 因?yàn)?MTBE 是難于氧化的 ,因此 ,可 以作為溶劑和試劑使用。我國從 2020 年開始實(shí)行汽油無鉛化并制定了新的汽油標(biāo)準(zhǔn) ,對(duì)汽油質(zhì)量提出了新的要求。 MTBE 含氧量相對(duì)較高，能夠顯著改善汽 車尾氣排放。它的蒸汽比空氣重，可沿地面擴(kuò)散，與強(qiáng)氧化劑共存時(shí)可燃燒。 Keywords： MTBE、 PRO/II、 Process simulation and calculation、 energy saving 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 1 第一章 概 述 MTBE的有關(guān)性質(zhì) 甲基叔丁基醚 ，英文縮寫為 MTBE（ methyl tertbutyl ether），溶點(diǎn)109℃ ，沸點(diǎn) ℃ ，是一種無色、透明、高辛烷值的液體，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。 The procedure is taken in the mon technology which primarily contains two reactors and three towers。本次設(shè)計(jì)過程還包括了原材料消耗量、動(dòng)力消耗定額、機(jī)構(gòu)定員以及環(huán)境保護(hù)等各項(xiàng)指標(biāo)。 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或在網(wǎng)上發(fā)表的論文。畢業(yè) 論文 中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。反應(yīng)原料由 C4餾分中的異丁烯及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 %的甲醇組成，進(jìn)行醚化反應(yīng)，目標(biāo)產(chǎn)物甲基叔丁基醚的產(chǎn)量是 2 萬噸 /年，采用的流程是甲基叔 丁基醚常規(guī)工藝，主要由兩反三塔工藝裝置組成，通過 PRO/II 軟件對(duì)其進(jìn)行了流程模擬與計(jì)算，根據(jù)模擬計(jì)算得到的數(shù)據(jù)，對(duì)流程的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選型，如塔、罐、泵、管子等；并進(jìn)行物衡和熱衡計(jì)算，列出物衡表和熱衡表。 The material is posed of IBUTENE in the fraction of C4 and methanol whose mass fraction is %, the etherification is annual production capacity of 20,000 tons MTBE,the purity of the production is not less than %。 We have used various kinds of softwares such as chemcad and THEM， we provide the specific measures of the process optimization、 energy saving and the improvement of the techniques， such as the major reactor adopts the heat pipe fixed— bed reactor in order to improve the fractional conversion and the process fully makes use of energy exchange between the material so that save the consumption of the steam。 MTBE 是含氧量為 %的有機(jī)醚類。 MTBE與汽油可以任意比例互溶而不發(fā)生分層現(xiàn)象，與汽油組分調(diào)和時(shí)，有良好的調(diào)和效應(yīng)，調(diào)和辛烷值高于其凈辛烷值。在二十世紀(jì)九十年代 ,美歐各國通過立法制定了清潔汽油標(biāo)準(zhǔn)。因此 ,作為無鉛汽油添加劑的 MTBE ,在當(dāng)今社會(huì)有更深遠(yuǎn)的意義。 MTBE 裂解可制得高純度的異丁烯 ， 由于異丁烯是重要的化工原料 ,可以生產(chǎn)丁基橡膠、聚異丁烯、叔丁基苯、叔丁胺等 ,而且對(duì)異丁烯的含量要求非常高 , 有的要大于 99 % , 而 MTBE 的生產(chǎn)是可逆反應(yīng) ,因此 ,在適當(dāng)?shù)乃嵝源呋瘎┳饔孟?,MTBE 可裂解制得高純度的異丁烯。 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 4 第二章 設(shè)計(jì)依據(jù) 及技術(shù)來源 設(shè)計(jì)依據(jù) 本項(xiàng)目 是 基于教科書上的教學(xué)案例，通過研讀大量的關(guān)于 MTBE的 性質(zhì)、用途、生產(chǎn)技術(shù)及市場(chǎng)情況分析的文獻(xiàn)，對(duì)生產(chǎn) MTBE的工藝裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)的。反應(yīng)中 ,甲醇稍過量 ,產(chǎn)品 MTBE 的含量在 98 %以上。另外 ,采用上流式操作 ,可防止催化劑堆集成塊 ,減少壓力降 ,催化劑使用壽命長 ,副反應(yīng)少等優(yōu)點(diǎn)。聯(lián)合工藝使 MTBE生產(chǎn)具有更為廣泛的原料來源 ,且可減低成本 , 單程轉(zhuǎn)化率高 ,設(shè)備投資低 ,可靠性好。通過有關(guān)單位協(xié)作 ,先后開發(fā)出多種合成工藝。 （ 2） 催化蒸餾法 MTBE合成工藝 把催化反應(yīng)與分餾結(jié)合的反應(yīng)蒸餾技術(shù)早已被用于酯化、水合等反應(yīng)過程 ,而應(yīng)用于大型 MTBE合成過程則是美國 amp?？刂品磻?yīng)壓力使反應(yīng)在沸點(diǎn)溫度下進(jìn)行 ,反應(yīng)熱使部分物料汽化而使反應(yīng)溫度衡定 ,形成汽 液混相狀態(tài)。 本 次 設(shè)計(jì)采用的方法 在本次設(shè)計(jì)中我采取 MTBE 常規(guī) 工藝裝置， 反應(yīng)裝置采取 固定床反應(yīng)技術(shù) ，分離裝置 采取 三塔分離形式， 即 由 兩個(gè) 固定床 反應(yīng)器、 MTBE 共沸 精餾塔、萃取塔和甲醇精餾塔組成。 同理將甲醇精餾塔的進(jìn)料預(yù)熱到泡點(diǎn)溫度也是利用此方法。 表 產(chǎn)品 MTBE 規(guī)格 燃料級(jí) MTBE 質(zhì)量分?jǐn)?shù)， % ≥ 甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)， % ≤ 氣相水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)， % ≤ 建筑 組成 擬建工程的主要建筑物為生產(chǎn)廠房、變電站、原料庫、辦公樓及其它生產(chǎn)輔助設(shè)施所組成。甲醇由于屬于極性分子，與其進(jìn)行 加成反應(yīng)生成 MTBE。 在反應(yīng)的條件下 , 原料中所含水份與異丁烯反應(yīng)生成叔丁醇 (TBA)。在 80℃以下時(shí)，該反應(yīng)過程為單一、不2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 10 可逆、選擇性為 98%~99%。 MTBE 產(chǎn)品分離產(chǎn)用的是共沸精餾塔， C4 和甲醇分離采用的是水萃取塔， 而甲醇分離采用的是普通精餾塔。即用改變旁路閥開度的方法來調(diào)節(jié)實(shí)際排出量。 對(duì)于換熱器的控制，通過測(cè)定需控制溫度物流的出口溫度形成信號(hào)輸入控制器，控制器控制公用工程的流量，通過這種改變公用工程用量的方式來調(diào)節(jié)并穩(wěn)定需控制物流的出口溫度。 對(duì)于該反應(yīng)器的壓力控制，只在反應(yīng)器 的底部安裝一個(gè)設(shè)定承受壓力的安全閥，當(dāng)壓力過高時(shí)安全閥打開進(jìn)行泄壓， 使 壓力恢復(fù)到正常壓力。再通過測(cè)定甲醇采出的流量，形成信號(hào)控制自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)強(qiáng)制回流泵的旁路流量，以達(dá)到控制回流比的目 的。精餾塔液位的控制是比較簡單的，主要靠測(cè)定液位信號(hào)，通過控制排出塔釜的閥門開度，形成一個(gè)回路，2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 13 達(dá)到控制液位的目的。含有少量甲醇的醚后碳四進(jìn)入萃取塔 T2 底部與萃取水在塔內(nèi)逆流接觸脫出去甲醇，凈化碳四由塔頂溢流出裝置，塔釜富液經(jīng)換熱后接近泡點(diǎn)溫度進(jìn)入甲醇回收塔 T3中部。 整個(gè)系統(tǒng)主要包括甲醇、C4 組分和 C5 三種組分，整個(gè)流程模擬如下圖 PRO/II 熱力學(xué)方法的初步分析 PRO/II 軟件提供多種用于流體的氣液平衡常數(shù)、液液平衡常數(shù)、焓、熵、密度和其他傳遞性能參數(shù)等熱力學(xué)計(jì)算方法，由于每種熱力學(xué)方法有一定的適用范圍，在應(yīng)用 PRO/II 解決具體問題時(shí)，選擇合適的熱力學(xué)方法是能否正確模擬工藝過程的關(guān)鍵。 為確保系統(tǒng)物性計(jì)算的準(zhǔn)確性， 根據(jù)各股物料的性質(zhì)分析知： 采用的熱力學(xué)方法是 NRTL 熱力學(xué)系統(tǒng)下的 UNIFAC 方程 ，二元交互作用參數(shù)可獲得，焓計(jì)算采用 Kvalue 方法。而對(duì)于第二個(gè)反應(yīng)器，其本身目的就是在極高醇烯比的狀況下將第一反應(yīng)器未反應(yīng)的異丁烯反應(yīng)完全，所以補(bǔ)入了補(bǔ)充甲醇進(jìn)料。 工藝計(jì)算概述及結(jié)果 用 PRO/II 模擬的整個(gè)流程，得出每股物流的物流數(shù)據(jù)，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行物料衡算 以及能量衡算 。 工藝工程中輸入和輸出的熱量和能量、能量或熱量的轉(zhuǎn)換是基于能量守恒定律的。即反應(yīng)熱效應(yīng)等于生成物與反應(yīng)物的生成熱（生成焓）之差。 物理變化的熱效應(yīng) 該部分的熱效應(yīng)就等于物理變化前后物流的焓差。 ∑Hin —— 進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和。 。 泵，要求采取防大氣腐蝕的措施。為適應(yīng)三年一次大檢修的要求， AP1610(第 8版 )規(guī)定石油，重化學(xué)和氣體工業(yè)用泵的運(yùn)轉(zhuǎn)周期至少為三年。我國供電電壓，頻率的變化范圍為 電壓 380V ? 10%,6000V+5%,7% 頻率 50Hz? % 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 21 ，應(yīng)綜合考慮泵的性能，能耗，可靠性，價(jià)格和制造規(guī)范等因素。泵的使用范圍：流量 ~ 3/mh，揚(yáng)程 15~138m，介質(zhì)溫度 — 20~400 C . 選型結(jié)果：型號(hào) MPH330A,流量 hm/3 ,揚(yáng)程 20m，轉(zhuǎn)速 2900r/min,軸功率 ,電機(jī)功率 ,電機(jī)型號(hào) YB90L2，必需汽蝕余量 4m 其它泵的選型的計(jì)算過程就不列舉，選型結(jié)果見設(shè)計(jì)圖表。 合成 MTBE的催化劑有硫酸、離子交換樹脂、雜多酸、 分子 篩等。 由于反應(yīng)壓力較高 , 物料輸送泵容易發(fā)生泄漏 ,存在安全隱患 。 圖 固定床反應(yīng)器 熱管反應(yīng)器的結(jié)構(gòu) [15] 熱管反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖見圖 1,圖 2為熱管反應(yīng)器的橫截面 , 圖 3 為一根熱管。處于負(fù)壓狀態(tài)下的低沸點(diǎn)介質(zhì)吸熱汽化 , 上升到熱管的冷端 (冷卻器 ) , 經(jīng)過冷凝后經(jīng)回流管返回到熱管 ,形成閉路循環(huán) ,從而帶走反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。 反應(yīng)器有效體積為 332 2 7 5 . 2 9 5 6 / 8 0 0 0 1 . 8 5 . 2 5 18 0 0 0 0 . 7 8 1 0k g h hVm?? ? ???， 取富裕度為 得 39。31 .2 0 .6 2 6 4V V m? ? ? 計(jì)算的 h= 反應(yīng)器的組合參數(shù) 根據(jù)反應(yīng)器操作壓力我們選擇殼體材質(zhì)為 Q235A 碳素鋼材料，公稱壓力為 1Mpa， 表 反應(yīng)器參數(shù) 公稱壓力 Mpa 公稱直徑 mm 圓筒壁厚 mm 質(zhì)量 kg/m 第一反應(yīng)器 1000 8 199 第二反應(yīng)器 800 6 119 根據(jù)以上數(shù)據(jù)對(duì)封頭進(jìn)行選型有： 表 反應(yīng)器封頭參數(shù) 封頭高度 mm 直邊高度 mm 質(zhì)量 kg 第一反應(yīng)器封頭 226 40 第二反應(yīng)器封頭 181 25 塔的設(shè)計(jì)選型 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 25 MTBE 產(chǎn)品精餾塔的設(shè)計(jì)選型 第一部分 產(chǎn)品精餾塔設(shè)計(jì)概述 塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一，它可使氣液或液液兩相之間進(jìn)行緊密接觸，達(dá)到實(shí)際傳質(zhì)及傳熱的目的。 一：設(shè)計(jì)任務(wù) 此精餾塔的進(jìn)料來自 第二個(gè)反應(yīng)器 ， MTBE是關(guān)鍵組分。因此它在整個(gè)生產(chǎn)流程中起到了舉足輕重的作用。此外，為2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 26 滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還必須滿足以下要求：生產(chǎn)能力大；操作穩(wěn)定，彈性大；流體流動(dòng)阻力小 。與填料塔相比較，具有效率較穩(wěn)定，檢修清理較易，液氣比適應(yīng)范圍較大的優(yōu)點(diǎn)。 板式塔大致可分為兩類，一類是有降液管的塔板，如泡罩、浮閥、篩板、導(dǎo)向篩板、新型垂直篩板、舌形、 S型、多降液管塔板等。浮閥可根據(jù)氣體流量的大小而上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)。 Ⅱ 、篩孔塔： 結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、篩板塔壓降小、液面落差也較小、生產(chǎn)能力及塔板效率都較泡罩塔高，故應(yīng)用廣泛。但設(shè)計(jì)良好的篩板塔仍具有足 夠的操作彈性，對(duì)易引起堵塞的物系可采用大孔徑篩板，故近年我國對(duì)篩板的應(yīng)用日益增多。現(xiàn)雖已為其它新型塔板取代，但鑒于其某些優(yōu)點(diǎn)，仍有沿用。 第二部分 產(chǎn)品精餾塔工藝計(jì)算 MTBE 精餾塔 （ 1） 塔徑、塔板間距 計(jì)算 通過 PRO/II 簡捷塔模擬得： MINIMUM REFLUX RATIO FEED CONDITION Q FENSKE MINIMUM TRAYS 總 理論 板數(shù)是 30 塊，進(jìn)料板是第 19 塊。 L? — 液體密度（ kg/ 3m ） V? — 氣體密度（ kg/ 3m ） 其中 20 ()20CC ???，由 PRO/II 物性查詢知： 我們對(duì)該精餾塔采用全塔統(tǒng)一塔徑的原則， 由軟 件計(jì)算精餾塔報(bào)告中得到相關(guān)數(shù)據(jù)： 表 各塔板有關(guān)數(shù)據(jù) 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計(jì) 29 氣 體 體積流量3m /s 液體體積流3m