1、重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- -摘 要关键词：甲基叔丁基醚 异丁烯 甲醇重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- -目 录摘 要 第 1 章 绪 论 11.1 概 述 .11.1.1 MTBE 生 产 历 史 和 生 产 前 景 11.1.2 设 计 依 据 .11.1.3 厂 址 的 选 择 及 设 计 地 区 的 自 然 条 件 车 间 的 组 成 及 人 员 21.2 工 艺 说 明 .21.2.1 原 材 料 规 格 .21.2.2 副 产 品 规 格 .31.2.3 安 全 标 准 .31.2.4 产 品 性 质 .41.2.5 生 产 工 序 及 工 艺
2、 流 程 叙 述 61.2.6 生 产 控 制 一 览 表 101.2.7 三 废 及 处 理 .11第 2 章 计 算 部 分 122.1 物 料 衡 算 .122.1.1 全 车 间 物 料 衡 算 122.1.2 反 应 器 物 料 衡 算 132.1.3 MTBE 精 馏 塔 物 料 衡 算 192.1.4 萃 取 塔 物 料 衡 算 202.1.5 回 收 塔 物 料 衡 算 222.2 热 量 衡 算 .242.2.1 一 器 一 段 循 环 冷 却 器 E-101 热 量 衡 算 .242.2.2 一 器 一 段 热 量 衡 算 252.2.3 T101B 塔 底 出 料 换 热
3、 器 E104 的 热 量 衡 算 262.2.4 T101 进 料 换 热 器 热 量 衡 算 .272.2.5 T101 热 量 衡 算 （ 包 括 T101B 塔 底 再 沸 器 E106， T101A 塔 顶 冷 凝 器 E107）.272.2.6 E108 热 量 衡 算 28重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- II -2.3 反 映 器 部 分 的 计 算 312.3.1 R101 各 段 出 口 温 度 的 计 算 .312.3.2 R101 各 段 密 度 的 计 算 .322.3.3 催 化 剂 用 量 和 床 层 高 度 的 计 算 .342.3.4 反 应
4、器 直 径 的 计 算 342.4 精 馏 塔 的 计 算 362.4.1 精 馏 塔 物 料 平 衡 362.4.2 精 馏 塔 各 部 分 温 度 的 计 算 372.4.3 回 流 比 和 理 论 塔 板 数 412.4.4 进 料 位 置 的 计 算 432.4.5 精 馏 塔 全 塔 热 平 衡 432.4.6 精 馏 塔 塔 径 和 塔 高 的 计 算 452.5 萃 取 塔 计 算 462.5.1 萃 取 塔 理 论 级 数 的 确 定 462.5.2 萃 取 塔 塔 径 的 计 算 472.5.3 萃 取 塔 塔 高 的 计 算 532.6 换 热 器 的 计 算 552.7
5、泵 的 计 算 .562.7.1 进 口 阻 力 .572.7.2 64m出 口 钢 管 阻 力 .582.8 技 术 经 济 核 算 59致 谢 62重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- -第 1 章 可 行 性 报 告 1.1 概 述甲 基 叔 丁 基 醚 ， 英 文 缩 写 为 MTBE（ methyl tert-butyl ether） ， 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
6、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 。 甲 基 叔 丁 基 醚 是 一 种 高 辛烷 值 （
7、 研 究 法 辛 烷 值 115） 汽 油 添 加 剂 ， 化 学 含 氧 量 较 甲 醇 低 得 多 ， 利 于 暖 车和 节 约 燃 料 ， 蒸 发 潜 热 低 ， 对 冷 启 动 有 利 ， 常 用 于 无 铅 汽 油 和 低 铅 油 的 调 合 。而裂解得到的聚合级异丁烯，供丁烯橡胶使用。含异丁烯 0.5以下的直链丁烯用作丁烯氧化脱氨制丁二烯的原料。将 MTBE 进行分解，所得的异丁烯只需要进行经过简单蒸馏及洗涤，即可得到 99.5的高纯度异丁烯。MTBE 作为新兴的重要的化工产品，早已广泛应用在法国、意大利、加拿大等国家,但是由于环境的问题目前美国已经开始禁止生产了。由于汽车的全面发
8、展,所以 MTBE 的前途一片光明。在 1973 年意大利第一套 10 万吨/年的 MTBE 工业装置投产后，作为新兴汽油添加剂，MTBE 引起了各国石油化学界的普遍重视，其产量每年以 54的速度增长。MTBE 工业成为当时极有前途的新兴工业之一。在欧洲国家的基础上，1979 年我国才开始研究 MTBE 合成工业。1983 年我国第一套 500 万吨/ 年化工型 MTBE 工业装置建成后，增长的速度较快，并形成一定规模的生产能力。制备 MTBE 的原料异丁烯的技术发展呈多样化的趋势，其中用一种异丁烷制异丁烯的技术生产 MTBE 极为理想,总收率达 95;不过 MTBE 生产工艺普遍采用用酸性的
9、离子交换树脂合成MTBE，用 MeoH 和异丁烯在液相 70100下通过酸性的离子交换树脂在填充床内进行,离子交换树脂是磺化聚苯乙烯和二乙烯基苯共聚物。1.2 设 计 依 据 【 12】 根据要求，设计年产 22 万吨 MTBE 的生产工艺。由于 MTBE 取代四乙基铅可减少环境污染，且用途广泛，促使了世界各国对 MTBE 的需求量日益增加，因此世界各国都在寻求更先进的方法，投资建厂生产 MTBE。合成 MTBE 生产工艺主要是醚化工艺，根据醚化反应器的不同，MTBE 合成技术有以下几种形式：a.固定床反应技术: 固定床技术采用的是下流式固定床反应器，在 70 到 100液相，甲醇与异丁烯在强
10、酸阳离子交换树脂的作用下，反应生成 MTBE。该技术采用重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 2 -外循环取热方式来控制，用冷却水在反应器外移走反应热，用分馏塔分离产物MTBE 和甲醇以及剩余的碳四馏分。此法用于含异丁烯浓度变化较大的碳四原料。尽管反应器用水冷却，但仍会出现热点，难于消除，但是此技术成熟，运用广泛，MTBE 装置已经进行了很大程度的优化,主要是在反应器的操作上引入了混相思想,使得装置在主要设备没有进行改动的情况下处理能力增加了一倍,装置处理能力提高后能耗得到了降低.，并且经济合算。b.膨胀床反应技术: 该技术的主反应器采用上流式膨胀床，在生产过程中，反应原料自下而上
11、经膨胀床反应器催化剂床层。达到一定值后，催化剂床层便开始膨胀，由于催化剂床层受到轻微的扰动，有利于提高催化剂的活性，加快反应床层的传热过程，有利于反应的进行和反应热的扩散，使床层温度分布均匀，不存在局部热点。此方法投资少，结构简单，催化剂装卸方便，但操作弹性较小。c.硫酸催化技术: 该技术是将一定比例的原料送人第一反应器中，待反应混合物预热至 70时，与硫酸混合，在一定温度下将混合物送入第二反应器中，最后反应混合物进入分离器分离有机相和酸相，在分离器中回收得到的硫可循环使用，有机相则进入水洗塔，用 NaOH 含的循环水中和酸，生成 Na2SO4 和 H2O。含甲醇的萃取想进入甲醇回收塔，回收的
12、甲醇可坐在循环使用，其余则进入 MTBE 塔，在塔内蒸馏，塔底得到产物 MTBE。d.混相反应蒸馏技术: 混相反应蒸馏技术是合成 MTBE 的新工艺，将混相反应与分离相结合，融合了混相反应级数和催化蒸馏技术的优点，具有国际先进水平。目前主要有化工型和炼油型两种。化工型技术其反应塔的上不是催化蒸馏反应段，中部是混相反应段，下部是提馏段。该技术更好的利用了热源，回收了反应热，进一步的节省了投资。炼油型技术的反应塔的上不是精馏段，中部和下部与化工型相同。此方法投资少，能耗低，异丁烯的转化率可达到 90%98%。e.催化蒸馏反应技术: 催化蒸馏是在催化蒸馏塔中，进行 MTBE 的合成与产物的分离，这两
13、个过程同时进行。反应放出的热直接用来分馏，既减少了外部冷却装置有控制了反应的温度，防止了反应器热点超温现象，有效的降低了能耗，节省了投资。另外，在催化蒸馏塔的某个反应单元中，由于反应物中的 MTBE 被分离出该单元，反应物中的 MTBE 浓度降低，打破了反应平衡，使反应向着生成反应物 MTBE 的方向不断进行，从而有效的提高了异丁烯的转化率。1.2.1 厂 址 的 选 择MTBE 的生产需要充足的水源，电能，动力，能源并且资源也要比较富足。根据以上条件首选长江流域相近的地点，然后在满足原料甲醇较近的地方就比较适合建厂,由于 MTBE 是危害化工产品,所以建厂还要远离人口密集区。当然还有更细节的
14、考察项目就不一一介绍。 重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 3 -1.2.2 设 计 地 区 的 自 然 条 件重庆市自然条件如下：平均气压 96.9KPa 最高温度 40.5 最低温度-2.3平均相对湿度 81.0 最大降雨量 1490.8平均风速 2.0m/s长江最高水位 183.25m 长江最高水温 27.6根据初步调查重庆市的自然条件,可以确定能满足 MTBE 的生产工艺条件.1.2.3 车 间 组 成 及 结 构本厂包括生产车间和辅助车间。辅助车间包括：办公室、工艺组、设备组、化工班、机修。本车间为连续自动化生产，共分四个班，四班三倒的作息制度，全年生产按7200 小时
15、。1.2.4 设 备 布 置由于生产产品易燃易爆，主要设备露天布置，考虑到重庆夏天气候比较炎热雨水季节也较多等状况，泵集中安装在室内，反应器及塔并排安装，冷凝器及换热器安装在二楼和三楼上控，调节仪表安装在控制室。1.3 生 产 工 艺 的 对 比 以 及 选 择1.3.1MTBE 混相床反应器法其能控制反应床层温度不升高的原理，是靠部分反应物料在流出反应器后，它的温度没有升高，但热焓却比同温度下的液相物料高出许多。这对下游设备催化蒸馏塔来讲，要少消耗使这部分物料汽化所需的供热蒸汽。也就是说，MTBE 混相反应器不但省去了外循环系统的冷却水和循环泵用电，也省去了这部分汽化了的物料在催化蒸馏塔所需
16、的蒸汽量。节省能耗相当于这部分物料汽化热的两倍。MTBE 混相反应器与筒式外循环反应器来比较，还节省了外循环系统的冷却器、循环泵和流量控制仪表，所用催化剂量也少。因为它的空速只按新鲜物料计，而没有循环物料，这样醚化用催化剂减少了，醚化反应器的设备投资也减少了。另外，混相反应器内重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 4 -汽化的物料是反应物料中沸点最低的轻组分。反应物料中沸点最低的轻组分是 C4和甲醇的共沸物。汽化的物料是气相，它有自升的作用，即向反应器顶部上升的趋势，在大量液体物料自上而下的流动中，汽化了的物料当然不会象静液层中气泡那样向上鼓泡，但至少这部分汽化了的反应物料随物流向
17、下的流动速度要减慢一些，即甲醇在床层内停留时间相对要长一些。它对于合成 MTBE 来说，相当于增加了甲醇的比例，有利于提高 MTBE 的转化率。1.3.2 催化蒸馏法催化蒸馏是将催化反应与蒸馏过程在同设备中同时进行的工艺技术。其反应段的原理、结构比较复杂. 在反应段中，必须使汽相、液相的物料都能同时对流通过并完成传质传热，又要能进行醚化反应。而醚化催化剂是直径为 0.31.2mm 的小球，如果直接装在催化蒸馏塔的反应段，阻力很大，难以实现汽相、液相的物料都能同时对流通过反应段，所以反应段必须设计特殊的催化剂装填结构。此工艺比较先进，但是在国内没有大规模的运用于实际生产。综述：根据以上生产方法分
18、析可知：对于催化蒸馏法以及混相反应蒸馏法技术最为先进，但没有大规模的运用于实际生产，所以存在诸多不确定因素；对于混相床反应器法，即离子交换树脂法工业运用最早，技术成熟，经过改进后能耗低，综合经济合理。所以本设计还是采用固定床反应下的离子交换树脂法。1.4 工 艺 说 明1.4.1 原 材 料 规 格本设计中的原材料其中一部分碳四（含异丁烯 18.0）和本厂丁二烯抽提车间抽余碳四 (含异丁烯 34.1)两者以 51.33：1（重量比）混合为碳四原料。表 1 原材料规格序号 原料名称 控制项目名称和指标 备注1 混合碳四原料异丁烯含量 18423C0.8 、 50.5ACN20ppm 、 阳离子4
19、ppm水0.03 、 其他碳四：平衡以 4NH计2 甲醇外观：无色透明液体 、比重：0.7910.792初馏点;6465.5 、蒸馏量 99.2游离酸：0.002 、 游离碱0.005以 HAC 计以 3NH计重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 5 -水0.05、 酸值（koH mg/g）0.035蒸馏残渣0.0023 碱液 NaoH 含量64 盐酸溶液 HCL 含量125 触媒外观：灰白球状、孔容：0.250.29ml/g交换当量:4.24.8mg 当量/g 干树脂膨胀比：1.31.75、强度：99比表面;13152/mg、粒度： 1060 目1.4.2 副 产 品 规 格表
20、2 副产品规格序号 名称 规格 单位 设计定额1 丁烯-1丁烯-141、 4C18.4异丁烯0.4、甲醇0.15MTBE 0.5T 19.072 残液馏分 MTBE 98.7 Kg 101.4.3 安 全 标 准 【 3】1.4.3.1 防 火 、 防 爆 等 级 和 卫 生 标 准根据生产所用原料，中间产品和成品的性质，对生产各部分的防火防爆标准规定如下：表 3 防爆等级和卫生标准序号 地点 防火等级 防爆等级 避雷等级1 装置区 甲级 2Q级 二类2 泵房 甲级 级 二类3 中间罐区 甲级 级 二类1.4.3.2 材 料 及 成 品 的 爆 炸 范 围 及 卫 生 安 全 浓 度表 4 材
21、 料 及 成 品 的 爆 炸 范 围 及 卫 生 安 全 浓 度爆炸极限 爆炸极限序号 名 称 闪点 自燃点上 限 下 限空气中允许 4ic浓度 mg/L重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 6 -1 碳三组分 66.7 455510 11 2 0.52 碳四组分 4080 455 12 2 0.13 碳五组分 40 6.9 1.254 甲 醇 12 433 36.5 5.5 0.055 MTBE 26.7 8.4 1.6 0.351.4.3.3 安 全 措 施本装置安全特点：原料碳四、甲醇、副产品丁烯-1 馏分以及成品 MTBE 等都是易燃易爆介质。闪点低于环境温度，其蒸气与空气
22、在不正常操作情况下。如误操作，设备拆卸检修等均有可能形成爆炸性混合物。甲醇、MTBE 有一定毒性，辅助材料和盐酸等的水溶液则有一定的腐蚀性，且系统操作压力也较高。具体措施：（1）控制可燃物质，文明生产，消除跑、冒、滴、漏，防可燃物质外流。（2）格局空气和氧化剂，设备要密闭，采用氮封，水封等是可燃物与氧气隔绝。（3）消除着火源。（4）防火势和爆炸波的扩展和蔓延，不形成新的燃烧条件。（5）提高安全技术，加强安全管理。1.4.4 产 品 性 质 【 3】1.4.4.1MTBE 物 理 性 质表 5 MTBE 物理性质常 数 名 称 单位 数据沸 点 55.2冰 点 108.6闪 点 26.7液 相
23、119.90生成自由能（Gf298） 气 相 KJ/mol 535.30自 燃 点 460爆 炸 范 围 空气 vol 1.68.4重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 7 -液 体 比 重（d15.56） 0.746临 界 压 力 amt 33.8520在 100g 水中溶醚4.89溶 解 度20在 100g 醚中溶水g 1.5燃 烧 热 KJ/ 35.1079蒸 发 潜 热 KJ/ 321.1776液 体 热 容 KJ/K 2.1328折 光 指 数（20） 1.3689液 相 265.1806绝对熵 298S气 相 KJ/mol 357.6446液 相生成热 0298H气 相
24、 KJ/mol313.39911.4.4.2MTBE 化 学 性 质（1）MTBE 与氧气或空气接触时，不能形成爆炸性过氧化物。（2）MTBE 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。（3）MTBE 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，根据此特点可生产高纯度异丁烯。（4）MTBE 与甲醛在阳离子树脂上于 140反应生成异戊二烯、甲醇。（5）MTBE 在 230280，在有催化剂存在下与空气氧化可以生成异戊二烯。1.4.4.3 生 产 原 理MTBE 是由混合碳四中的异丁烯和甲醇在强酸性苯乙烯大孔阳离子交换树脂催化剂上进行合成。主反应方程式:CH3
25、CH3重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 8 -+CH32C3OHCOH336.42/KJmol副反应方程式:CH3CH3+ （TBA） 2OC334.98/HKJmol其中选择工艺参数，必须综合考虑动力学和热力学因素，采用外循环冷却绝热式固定床反应器，采用水萃取法回收过量甲醇后，以蒸馏方式使甲醇水分离，甲醇循环使用。1.4.5 生 产 工 序 及 工 艺 流 程 叙 述本车间分为反应、精馏、回收三个工序。来自 836#罐区的混合碳四原料经FRQ109 进行流量记录与累积后进入碳四原料储罐 V101，V101 液面通过 LICA101液面调节器保持稳定，来自 845B 区的工业甲
26、醇经 FRQ110 进行流量记录与累积后进入甲醇储罐 V102，其液面由 LIA115 进行液面指示与报警，当槽内压力过2389.03Pa 后开启水喷淋降温。由 P108A/B 泵来的回收甲醇，也进入 V102 槽，V101 罐中的碳四经原料泵 P101A 抽出，由 FRC101 控制流量 8.922T/Hr 与P102A/B 甲醇泵来的甲醇接触，醇烯比 1.051.2： 1 进入 X101 混合器混合。碳四原料进入 P101 泵签经在线色谱 AR101 分析原料中异丁烯含量，V102 中的甲醇经甲醇原料泵 P102A/B 抽出，经 FI111 计量后与 P101 来的碳四混合。碳四原料、甲醇
27、经 X101 混合后进入原料冷却器 E123，以 12的冷冻盐冷却，出口温度由 TIC102 控制在 255，冷却后的物料进入保护反应器 R103A/B，以脱除原料的金属阳离子。R103 内装有树脂 3.85 立方米，物料经过床层后，氧离子浓度即可重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 9 -由 4ppm 降至 1ppm 以下。脱除阳离子的新鲜物料由 R103 出来后，与第一醚化反应器 R101A/B 一段循环物料混合一起进入原料换热器 E101，在 E101 中由 TRC101 表调节蒸汽加热或循环水冷却，控制出口温度为 55，然后进入 R101A/B 的一段，原料中的异丁烯与甲醇
28、在接触媒床层进行反应。一段一器操作条件：压力：1570537.5Pa，入口温度： 55，出口温度 76.43，充分利用热能和控制碳四转化率 74，一段一器反应终了后，由一段一器循环泵P103A/B 抽出部分物料，循环到原料换热器 E101，循环量由 FRC102 控制循环比为0.8，其余部分进入一段二器继续反应。由二段流出的物料，温度为 71.7，压力为 1530007.5Pa，经一器二段循环泵P104A/B 抽出，视情况一部分经一器二段经循环冷却器 E101 冷却后，循环回到二段上部，循环量由 FRC103 控制，冷却温度由 TRC103 控制为 69，另一部分物料则通过一器二段出口冷却器
29、E103 冷却温度由 TRC104 控制为 69之后进入R101B(A),即一器三段中，三段操作条件：出口压力：1530007.5Pa ，出口温度：71.7.当物料经过三段床层反应后，异丁烯转化率达 93，当一段或二段触媒严重失活时，A 与 B 互换。由反应器 R101A/B 流出的物料通过调节器 PRC102 维持第一醚化反应器系统压力和出口物料平衡。该物料经醚踏底出料换热器 E104 与一醚塔 T101 底部排出物料 MTBE 进行热交换，使之加热到 80，而后进入一醚塔预热器 E105，用911925Pa 蒸汽加热，用 TRC105 控制温度为 89.8，进入第一脱醚塔第 46 块板。T
30、101 塔的热量，根据处理物料的不同分别用 30 蒸汽或 9 蒸汽2kgcm2kgc通过一醚塔底再沸器 E106 加热供给，通过 TRC106 控制 35 块板温度为 156，塔底获得纯度为 98.7以上的产品 MTBE，塔底排出物料由 LICA 控制，保持液面稳定的前提下，经一醚塔底出料换热器 E104 与进料换热后，其温度由 159.7降至60，然后经 MTBE 成品冷却器 E108 冷却至 40以下，进入 MTBE 成品储罐V107A/B。当发现 MTBE 成品中胶质超过指标时，T101 塔可改由第二块板侧线采出 MTBE 成品。T101 塔底出来胶质残液，残液径遥控阀 HV105 控制
31、，经 E124 残液冷却器冷却至40以下，进入残液罐 V115,再经残液泵 P117A/B 送出界外，T101 塔顶馏出的碳四和剩余的甲醇经一醚塔冷却器 E107 冷却后进入一醚塔回流槽 V103,冷凝液用一醚塔回流泵 P105A/B 经 FRC104 控制，流量为 8.918T/Hr，打回塔内回流，其余部分通重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 10 -过液面调节器 LRCA103 与流量调节器 FRC105 串级调节。T101 塔顶的压力通过压力调节器 PRC103 进行控制，一般情况下用冷凝器的冷却水量调节控制塔压力，当不凝气增加而用冷却水量无法控制塔顶压力时，则开启手动遥控
32、阀 HICA 101,将不凝气体排放至火炬系统。表 6 一醚塔操作条件：进料 塔顶 塔底压力12.1/ 2cm（1226032.5Pa）12.0/ 2cm（1215900Pa）12.6/ 2cm（1276695Pa）温度 89.8 80.4 159.7回流比 1.20来自 V103 回流槽的物料，经萃取塔进料冷却器 E109 冷却到 2540，然后进入萃取塔 T103 下部，萃取水由塔上部引入，丁烯-1 馏分由塔顶流出，萃取液由塔底流出。萃取相界面和压力分别由 LICA106 和 PRC106 控制。T103 为筛板塔，萃取液为连续相。萃取水来自萃取水槽 V105，由萃取水泵 P107A/B
33、送入 T103 上部，水量由 FIC107 控制，碳四烃经 T103 水洗后，控制甲醇含量 0.15，自压排入丁烯-1 馏分槽 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 塔操作条件：操作温度 2540操作压力 45.2/ 2cm（405300526890Pa）液面控制 50烃水重量比 1.64.4来自 T103 底含 615甲醇的萃取液，经萃取水换热器 E116 与来自甲醇回收塔 T104 底的甲醇，塔釜夜 2.64T/Hr(103.3)热交换，被加热到 75.5之后，在甲醇塔进料预热器 E117 中由 TIC111 控制被 9 蒸汽加热到 96.4
34、后，进入甲2kgcm醇回收塔 T104 回收甲醇。T104 塔的热量由 3 蒸汽加热的甲醇塔再沸器E108 供给，蒸汽量由 FRC126 控制。萃取水中的甲醇得以回收，被回收的甲醇由塔顶蒸出，经甲醇塔冷凝器 E119 冷凝后，进入甲醇塔回流槽 V106，冷凝液用回流泵P109A/B，打入塔内回流，回流量由 T104 塔灵敏板 TRC113 控制，其余部分 0.265 T/Hr，通过液面调节器 LICA109 控制，经套管冷却后送入甲醇储罐 V102 循环使用。V106 槽的不凝气通过带有夹套冷却的放空管排出大气。 T104 塔底含甲醇0.5的重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 1
35、1 -釜水.再由液面调节器 LICA108 抽出，在萃取水换热器 E116 回收热量后，再经萃取水冷却器 E115 冷却到 40，而后进入萃取水槽 V105.为防止萃取塔和甲醇回收系统有害杂质的积累，故通过 LICA107 连续定量的排出少部分萃取水至下水道。大部分萃取水循环至萃取系统。为了补充萃取水的不足，由 FIC108 控制连续补充脱盐水 0.272 T/Hr.表 7 T104 塔操作条件：进料 塔顶 塔釜温度（） 96 67.4 103.3压力（Pa） 常压回流比 5当稀甲醇储槽 V110 中的甲醇需要进行提纯精制时，则可以利用稀甲醇泵 P102将稀甲醇送至萃取水换热器 E116 入口
36、与萃取塔底来的萃取液按一定比例一同送甲醇回收塔进行回收。由 MTBE 成品冷却器 E108 来的 MTBE 成品进入 MTBE 成品贮罐槽 V107A/B 中，由 MTBE 成品泵 P110A/B 抽出，经 FRQ119 进行流量记录与累计后，间断送油品车间，845B 罐区 C104 槽以备外运，为保证 V107A/B 槽压力为0.31.0/ 2cm，设有一套分程调节装置 PICA107,当槽内压力低于 0.3/ 2cmG 时，A 阀开，补入氮气，当压力高于 1.0/ 2cm时，B 阀开，向火炬系统泄压。来自萃取塔 T103 顶的合格丁烯-1 馏分自压进入丁烯-1 馏分槽 V108 中，在此缓
37、冲脱水，废水排入化污系统，丁烯-1 馏分则由丁烯-1 馏分泵 P110A/B 抽出，经 FRQ118 进行流量记录与累积之后，再经在线色谱仪 AR102 分析后，去氧化脱氢车间丁烯抽提工段，多余部分由 LICA110 在保持 V108 槽液面稳定的前提下，送往成品车间 805 罐区，丁烯抽提停车时，则全部送 805 罐区。各生产工序中产生的不合格产品，可根据物料组成情况分别收集与 V108A/B，V113 槽中，之后再适时的一不合格品泵P112A/B 或 P101A/B 送有关设备进行处理。碳四原料罐 V101、丁烯-1 馏分罐 V108以及不合格品罐 V109A/B、V113 槽，当冬季槽内
38、压力低于 0.3/ 2cm或温度低于5时，则分别开启升压 E120、E121、E122 进行升压或升温。E120 液面由 LIC111控制，压力由 PRC101 控制；E121 液面由 LIC112 控制，压力由 PRC108 控制；E122 液面由 LIC113 控制，压力由 PRC109 控制. 为了收集蒸汽冷凝液，装置内设有低压水膨胀槽 V11230/ 2cm蒸汽凝水和 9/ 2cm蒸汽凝水收集与 V112 中，在 V112 中闪蒸罐 3/ 2cm饱和蒸汽，闪蒸罐的3/ 饱和蒸汽部分利用于用气设备的热源以及综合楼气源，部分经减压到 1.0重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计-
39、12 -/ 2cm，饱和蒸汽在用作热源。V112 槽的压力保持在 2.903.10/ 2cm。当压力高于 3.20/ 时，B 阀开，多余气体排出界区。V112 闪蒸后的 3/ 蒸汽凝水，由 LIC114 控制液面，冬季做采暖，夏季全部送出界区。生产过程中压力排放事故排放气体均收集于汽液分离槽 V114 中，经缓冲后再排入火炬系统，捕集液由不合格品泵抽回装置中。生产中使用的工业品离子交换树脂购入后为含水钠型，因此在加入反应器前需要进行活化处理，以使其转化为氢型，又离子交换树脂在使用一段时间后，由于原料中微量阳离子的存在，致使其活性逐渐降低，也需进行再生处理，故装置中设有树脂再生反应器 R104
40、和树脂装卸喷射器，以及脱盐水升压泵 P115。1.4.5.1 生 产 控 制 一 览 表表 8 生产控制一览表序号 取样点 分析方法 控制指标1碳四原料罐除金属阳离子为化学或比色法，其余为色谱法异丁烯含量 1842 3C0.8 、 5C0.5 ACN20ppm 阳离子4ppm、水0.03 2 甲醇罐 气相色谱法 按 GB-338-76 工业一级品要求3丁烯-1 馏分罐 气相色谱法异丁烯0.4甲醇0.15MTBE0. 54 保护反应器口 阳离子 1ppm 水0.035 E101 出口 气相色谱法6 R103 入口 气相色谱法7 R101 内 气相色谱法8 R101A 出口 气相色谱法9 R101
41、B 出口 气相色谱法10 T101 入口 气相色谱法 甲醇、 4C0.111 T101 内 气相色谱法12 V105 排污 甲醇含量0.513 R104 入口 化学分析法 HCL 含量 2414 R104 出口 化学分析法 NaOH 含量 26重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 13 -1.4.5.2 三 废 及 处 理表 9 三 废 及 处 理数量 数量序号 名称 规格正常 T/H 最大T/H排放点 备注1 含醇废水 甲醇0.5 0.272 V105 排化污水池2 酸碱废水 PH 510 18 V104 排化污水池3 化验室废水 PH 510 0.6 排化污水池4 含油废水 油
42、烃 10ppm3 20 辐射水池 排化污水池5 废气 2.8/H V106 排大气6 残液 MTBE98.7 35.0/H T1011.5 市场调查1.5.1 国际市场供需关系1.5.1.1 国际供应情况从 2008 年至今，由于金融危机以及美国禁用 MTBE 的影响，北美其他一些国家，欧洲部分国家也开始逐步减少 MTBE 在汽油中的加入，对全球 MTBE 的生产和消费产生较大影响。据美国 WP 报告，2011 年全球生产能力以降到 1612.5 万t/a，此后还会继续下降，到 2016 年则为 1557.5 万 t/a。重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 14 -1.5.1.2
43、 国际需求情况至今，全美已经有 26 个州相继禁用 MTBE，作为替代品的乙基叔丁基醚消费量在逐步增长；同时，欧洲也以可再生能源乙醇取代 MTBE，导致欧洲 MTBE 的需求量也大幅度下降。WP 报告也对此作出了相应的数据分析：重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 15 -重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 16 -1.5.1.3 产品 MTBE 价格情况2011 年，世界 MTBE 价格呈现不盘升格局，1 月份的价格维持在 450 美元/t，属于全年的最低点，从 1 月份开始，世界 MTBE 价格开始缓慢上涨，全年最高点出现在 12 月份，达到 810 美元/t.主
44、要影响因素是原油价格上涨以及中东地区货源稀少。1.5.2 国内市场供需关系1.5.2.1 供应情况目前国内有 MTBE 生产装置 50 多套，总生产能力 319.4 万 t/a。其中，中国石油 3 万 t/a 以上的装置 13 套，生产能力为 93.3 万 t/a；中国石化 19 万套，生产能力为 122.9 万 t/a；其余为地方企业，生产能力合计为 103.2 万 t/a。随着国民经济的高速发展，汽车工业随之快速发展，在此作用下，国内在家或者拟建 MTBE 项目不断增加。重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 17 -1.5.2.2 需求情况目前，我国汽油含氧两限制在 2.7%以
45、下，通过添加 MTBE 提高辛烷值已成为提高我国汽油标准最经济的手段。MTBE 任讲是我们重要的汽油辛烷值改进剂，我国炼油工业正处于发展期，加之油品质量升级和排放要求的提高，以及进口高硫原油加工量的增加，MTBE 的添加比例以其消费量将逐步提高，MTBE 的总需求趋势将稳步增长。其中 MTBE 裂解制异丁烯，是高纯度异丁烯的重要来源，有预测报告指出，2012 年，2015 年我们丁基橡胶需求量分别为 20 万 t 和 35 万 t，甲基丙烯酸酯分别为 35 万 t 和 55 万 t，聚异丁烯分别为 6 万 g 和 10 万 t 等。目前我国 MTBE需求总量将达到 208.4 万 t，其中汽油
46、领域需求量 198.4 万 t，生产异丁烯及其它用途需求 10.0 万 t；2016 年总需求量将达到 229.5 万 t，其中汽油领域需求量 219 万t。生产异丁烯及其它用途需求 10.5 万 t。显然，根据数据分析可知我国 MTBE 在油品方面增长速度将会有所减缓，但在其他方面还有一定上升空间。1.5.2.3 产品 MTBE 价格情况2009 年，国内 MTBE 产品价格较去年低，主要原因是炼油厂开工率低，进口量多；销售量减少，中间商操作减少等等。重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺 设 计- 18 -1.5.3 综合分析情况从国际来看，MTBE 在美国禁用是不争的事实，其他发达国家同
47、样会朝着这方向发展；但是在不发达国家，如国内的 MTBE 的需求量在较长时间段里还是会稳步增长。那么国内 MTBE 今后的发展因注重以下方面：（1）新建项目应慎重，不易用全新的技术，稳定，可靠，安全是考虑的重点；（2）关注转产技术，从 MTBE 的发展前景看，应及早为 MTBE 找更多的发展前途。（3）大力开发 MTBE 的化工用途，进行深加工。除了作汽油添加剂外，MTBE还是良好的反应溶剂和试剂。如异戊烯，甲醇，苯酚的烷基化等，通过裂解制取高纯度的异丁烯，可用作丁基橡胶的原料。综上所述:根据各方面的调查, 年产 22 万吨 MTBE 的生产工艺是可行的。重 庆 理 工 大 学 化 学 工 艺
48、 设 计- 19 -第 2 章 计 算 部 分2.1 物 料 衡 算 【 1】2.1.1 全 车 间 物 料 衡 算2.1.1.1根据设计要求：MTBE 年产量为 22 万吨，按年工作量为 7200 小时计算，则每小时产工业 MTBE 量:43,0kgM=5.6kgh72h根据设计要求：成品、副成品指标： 合格品 一级品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 ）按合格产品计算：（产品中纯 MTBE 含量为 98%）则产品中含纯 MTBE,3M=05.6kgh0.98=24.5kgh29437mol8.1ol2.1.1.2 反 应 器 各 段 生 成 的 MTBE 的 量 ：反应器 B 出口的 MTBE 的量（MTBE 精馏过程 MTBE 收率为 98.5%） /294.5/=304.6kg/h083.6.871/kghMmolol根据设计要求：反应器的一段转化率为 74；二段转化率 至 86；总转化率为 93反应器 A 出口的 MTBE 的量（设计要求：反应器总转化率93，反应器 A总转化率86，设反应器的 MTBE 收率 99%）134.87kmolh0.869M=
