【正文】 ..................................... 59 排放標(biāo)準(zhǔn) ...................................................................................................... 59 環(huán)保措施 ...................................................................................................... 59 環(huán)境影響因素 ..................................................................................... 60 ........................................................................... 60 小結(jié) ............................................................. 62 謝辭 ............................................................. 62 附錄 A 物料衡算表 ................................................. 64 附錄 B 能量衡算表 ................................................. 68 附錄 C PRO/II 模 擬物流的物流表 .................................... 70 附錄 D 設(shè)備一覽表 ................................................. 72 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 1 摘要 本次設(shè)計以工業(yè)上各種甲基叔丁基醚的工藝生產(chǎn)方法為技術(shù)依據(jù)，對該反應(yīng)的反應(yīng)原理、反應(yīng)條件、反應(yīng)選擇性和轉(zhuǎn)化率等進行了闡述。 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或在網(wǎng)上發(fā)表的論文。 本科 畢業(yè)論文 題目 ： 2 萬噸 /年 MTBE裝置工藝設(shè)計 成績 誠信聲明 本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè) 論文 ，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果。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)、觀點等，均已明確注明出處。 特此聲明。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 軟件對其進行了流程模擬與計算，根據(jù)模擬計算得到的數(shù)據(jù)，對流程的各個設(shè)備進行了設(shè)計和選型，如塔、罐、泵、管子等；并進行物衡和熱衡計算，列出物衡表和熱衡表。過程還使用了 CHEMCAD、換熱器大師等多種軟件，提出了過程優(yōu)化、節(jié)能及技術(shù)改進的具體措施，如主反應(yīng)器采用熱管式反應(yīng)器以提高轉(zhuǎn)化率以及充分利用物料的能量交換節(jié)省蒸汽消耗量等。 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 %。 Process simulation and calculation is carried out with the simulation software of PRO/II。 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。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。 MTBE 是含氧量為 %的有機醚類。 MTBE 的 工業(yè)上的質(zhì)量 純度 要求一般 約為97%~%，分子式為： 3 3 3()CH O CH 。 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，有良好的調(diào)和效應(yīng)，調(diào)和辛烷值高于其凈辛烷值。 它 具有良好的化學(xué)安定性和物理安定性，在空氣中不易生成過氧化物， 而且其 毒性很低，在生產(chǎn)和使用過程中，不會產(chǎn)生嚴(yán)重毒害人體健康的問題 。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)。新標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定含氧量不低于 2. 0 % ,這對全世界的煉油行業(yè)都產(chǎn)生了巨大沖擊 ,為了適應(yīng)清潔汽油的生產(chǎn)和環(huán)境保護的需要 , 由 FCC 聯(lián)產(chǎn) MTBE 和 TAME 等醚類汽油穩(wěn)定 劑的生產(chǎn)技術(shù)得到了很大發(fā)展 ,MTBE 等醚類產(chǎn)品是當(dāng)代較理想的汽油穩(wěn)定劑 ,近期內(nèi)尚無其它產(chǎn)品可以取代。因此 ,作為無鉛汽油添加劑的 MTBE ,在當(dāng)今社會有更深遠(yuǎn)的意義。在用苯酚、多聚甲醛和二烷基胺制備鄰二烷氨基甲基苯酚中作為溶劑使用。 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 3 表 國內(nèi) MTBE 生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能 表 0508年 MTBE 擴建裝置統(tǒng)計 由上知 MTBE應(yīng)用前景廣闊，因此對其生產(chǎn)工藝進行研究很有必要。 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 4 第二章 設(shè)計依據(jù) 及技術(shù)來源 設(shè)計依據(jù) 本項目 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)及市場情況分析的文獻，對生產(chǎn) MTBE的工藝裝置進行設(shè)計的?，F(xiàn)分別介紹如下。反應(yīng)中 ,甲醇稍過量 ,產(chǎn)品 MTBE 的含量在 98 %以上。西德許爾斯 (HULS) 工藝是此工藝的代表。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。另一方面由于反應(yīng)的同時連續(xù)蒸出產(chǎn)品 ,可最大限度地減少逆向反應(yīng)和副產(chǎn)品的生成。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。 表 生產(chǎn) MTBE的幾種方法的消 耗定額 (以每噸 MTBE計 ）2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 5 表 國外 MTBE主要生產(chǎn)特點 國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)狀況 我國自 20世紀(jì) 70年代末開始 MTBE合成技術(shù)的研究和開發(fā) ,第一套生產(chǎn)裝置2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 6 于 1983年在齊魯石化公司橡膠廠投產(chǎn) ,規(guī)模為 t/ a 。通過有關(guān)單位協(xié)作 ,先后開發(fā)出多種合成工藝。反應(yīng)壓力 ～ ,溫度 40～ 80℃ ,醇烯比為 1. 0 左右 ,利用冷卻設(shè)備以外循環(huán)方式取出部分反應(yīng)熱來控制反應(yīng)溫度。 （ 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。 （ 3） 混相床反應(yīng)蒸餾 MTBE合成工藝 這是由齊魯石化公司研究院、北京石油設(shè)計院和上海高橋石化公司煉油廠聯(lián)合開發(fā)的 ,1992 年 3 月通過中國石化總公司的技術(shù)鑒定?？刂品磻?yīng)壓力使反應(yīng)在沸點溫度下進行 ,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)。 MRD 技術(shù)分為兩種類型 ,即 MRD A 型、 MRD B 型。 本 次 設(shè)計采用的方法 在本次設(shè)計中我采取 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 固定床 反應(yīng)器、 MTBE 共沸 精餾塔、萃取塔和甲醇精餾塔組成。 [15] 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 7 主反應(yīng)裝置采取 熱管 式 固定床 反應(yīng)器的形式，相對于傳統(tǒng)的多段絕熱固定床反應(yīng)器而言， 更為 有效地控制反應(yīng)器的溫度 ,獲得較佳的軸向溫度分布，更有利于反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的提高。 同理將甲醇精餾塔的進料預(yù)熱到泡點溫度也是利用此方法。 按照 8000 小時開工計算，產(chǎn)品流量 2500kg/h ，合。 表 產(chǎn)品 MTBE 規(guī)格 燃料級 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。 2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 9 第四章 過程 技術(shù)分析 反應(yīng)原理 在所選擇的工藝條件下 ,原料 C4中的異丁烯和工業(yè)甲醇 經(jīng)預(yù)熱 混合 后 通過催化劑床層并反應(yīng)生成 MTBE。甲醇由于屬于極性分子，與其進行 加成反應(yīng)生成 MTBE。 在低溫下 ,向生成 MTBE的方向反應(yīng) ,但是 ,從反應(yīng)動力來說 , 在較高的溫度下加快反應(yīng)速度 ,但副反應(yīng)也加快。 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)。 副反應(yīng)方程式 : 反應(yīng)條件 本過程采用連續(xù)操作，反應(yīng)條件：溫度 T=400C— 800C，反應(yīng)壓力 P=，一段反應(yīng) 在 熱管固定床 下進行 ，二段反應(yīng)在絕熱固定床下進行 。在 80℃以下時，該反應(yīng)過程為單一、不2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 10 可逆、選擇性為 98%~99%。 系統(tǒng)循環(huán)結(jié)構(gòu) 在 MTBE合成反應(yīng)中，由于甲醇 過量 不能完全轉(zhuǎn)化，因此 必須對反應(yīng)后的物流進行分離，使甲醇同其它的組分分離出來，通過循環(huán)返回反應(yīng)器，從而提高反應(yīng)物的利用率。 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。 ．泵的控制方案 本設(shè)計中選用的泵均為 臥式化工流程 離心泵，對于泵設(shè)備主要是控制流量。即用改變旁路閥開度的方法來調(diào)節(jié)實際排出量。泵出口有止回閥，防止液體回流打壞泵內(nèi)部葉片；泵出口有一個現(xiàn)場指示壓力表。 對于換熱器的控制，通過測定需控制溫度物流的出口溫度形成信號輸入控制器，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。 對于第一個反應(yīng)器， 通過測定床層的溫度形成信號輸入控制器，控制器調(diào)節(jié) 是 利用冷卻水移走部分熱量 的方式來調(diào)節(jié)床層溫度。 對于該反應(yīng)器的壓力控制，只在反應(yīng)器 的底部安裝一個設(shè)定承受壓力的安全閥，當(dāng)壓力過高時安全閥打開進行泄壓， 使 壓力恢復(fù)到正常壓力。 下面對 甲醇精餾塔控制方案敘述如下： 甲醇精餾塔 T103 塔頂冷凝器為 部分冷 凝器，需要對其回流比進行調(diào)節(jié)。再通過測定甲醇采出的流量，形成信號控制自動調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)強制回流泵的旁路流量，以達到控制回流比的目 的。一般塔的穩(wěn)定主要靠測定靈敏板溫度，靈敏板溫度穩(wěn)定說明精餾塔的溫度比較穩(wěn)定。精餾塔液位的控制是比較簡單的，主要靠測定液位信號，通過控制排出塔釜的閥門開度，形成一個回路，2 萬噸 /年 MTBE 裝置工藝設(shè)計 13 達到控制液位的目的。 反應(yīng)器外 利用 冷卻水移走反應(yīng)熱， 控制反應(yīng)器出口溫度 T=60C ， 產(chǎn)物 同補充甲醇混合后共同 進入 第二個反應(yīng)器 R2 繼續(xù)醚化反應(yīng)， 利用控制器控制第二反應(yīng)器醇烯比為 ,反應(yīng)完后物料進入共沸精餾塔 T1 分離。含有少量甲醇的醚后碳四進入萃取塔 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)換熱后接近泡點溫度進入甲醇回收塔 T3中部。 工藝流程圖 PFD見附錄。 整個系統(tǒng)主要包括甲醇、C4 組分和 C5 三種組分，整個流程模擬如下圖 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，選擇合