甲基叔丁基醚开题报告.docx
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甲基叔丁基醚开题报告
山东科技大学
本科毕业设计（论文）开题报告
题目
学院名称
专业班级
学生姓名
学号
指导教师
填表时间：
年月日
填表说明
1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。
3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用A4纸打印。
4.参考文献不少于8篇，其中应有适当的外文资料（一般不少于2篇）。
5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。
设计（论文）
题目
年产3万吨甲基叔丁基醚生产工艺设计
设计（论文）
类型（划“√”）
工程实际
科研项目
实验室建设
理论研究
其它
√
一、本课题的研究目的和意义
甲基叔丁基醚简称MTBE，分子式CH3OC4H9,是一种透明、无色、高辛烷值的液体，具有醚类所特有的气味，氧含量为18%（质量分数）。
MTBE是一种高辛烷值汽油添加剂，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。
也可以重新裂解为异丁烯，作为橡胶及其它化工产品的原料。
质量最好的甲基叔丁基醚，可以用作医药，是医药中间体。
俗称“医药级MTBE”或“医药级甲基叔丁基醚”。
它不仅能有效提高汽油辛烷值和汽油燃烧效率，使汽车尾气中不含铅，而且还能改善汽车性能，减少CO排放量，同时减少其他有害物质（如臭氧、苯、丁二烯等）的排放，降低汽油的成本。
随着我国国民经济和轿车行业的发展，加上国家对含铅汽油的禁止使用，作为环保型无铅汽油主要添加剂的甲基叔丁基醚，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，能完善汽油高辛烷值的分布，提高汽油前端的辛烷值等，因此其社会需求量将与日俱增。
由于MTBE对环境污染轻，且用途广泛，促使对MTBE的需求量不断增高，因此世界各国都在开发更先进合成工艺和技术。
目前合成MTBE的方法主要有：
1、离子交换树脂法2、硫酸法3、催化蒸馏法。
目前催化蒸馏法最先进，但并不普及。
硫酸具有腐蚀性，综合各方面因素，本设计采用离子交换树脂法较为合适。
此法工业应用技术上比较成熟，能耗低，经济合算。
二、本课题的主要研究内容（提纲）
本课题研究的内容主要是：
1.对项目进行可行性论证。
2.选择工艺方案，对工艺流程进行模拟优化。
3.设备选型以及典型设备设计。
4.车间布置设计。
5.安全、储运设计及三废处理。
6.经济分析与评价。
三、文献综述（国内外研究情况及其发展）
1.发展历程
甲基叔丁基醚（methyltertiarybutylether，简称MTBE，又称2-甲氧基-2-甲基丙烷（2-methoxy-2-methyl-propane），结构式CH3OC（CH3）3，分子式C5H12O，分子量。
MTBE在1904年首次被合成并被表征其特性。
在第二次世界大战期间，美国的研究工作验证了MTBE作为汽油高辛烷值添加剂的作用。
国际上二十世纪50年代末、60年代初开发了MTBE的生产工艺。
60年代至70年代进行中型试验，开发MTBE的工业生产工艺和工程技术的同时，进行MTBE作为汽油高辛烷值添加剂的使用试验和MTBE裂解生产纯异丁烯的开发工作。
世界上第一套MTBE工业装置1971年在意大利投产。
1979年12月美国第一套MTBE工业装置投产。
70年代中期以来，为了保护环境，减少汽车使用含四乙基铅汽油造成的大气污染，美国先后采取了限制和禁止汽油中添加四乙基铅的措施。
为了满足提高汽油辛烷值的要求，美国环保局1979年正式批准无铅汽油中使用MTBE添加剂。
美国1990年颁布的清洁空气法修正案规定：
降低汽油的蒸气压和芳烃含量，在汽油中添加含氧化合物以减少汽车排出废气中的CO、NOX和挥发性有机化合物；在CO排放不达标的地区，实施使用含氧化合物汽油计划，汽油中最低含氧量摩尔分数不得低于%；在臭氧污染严重的地区，常年使用新配方汽油，其最低含氧量为%。
1979年美国使用MTBE16kt，1980年278kt，1985年1395kt，1990年3945kt，1995年9927kt。
西欧1973年开始把MTBE用作提高汽油辛烷值的添加剂。
其他地区和国家从80年代开始，逐步推行汽油限铅、禁铅和使用MTBE添加剂的计划。
1985年世界MTBE生产能力为2449kt，其原料异丁烯的来源为：
乙烯厂66%，炼油厂23%，叔丁醇11%。
1994年世界MTBE生产能力为19853kt，其原料异丁烯的来源为：
油田丁烷34%，炼油厂28%，乙烯厂20%，叔丁醇18%。
如果把目前已经投产、正在建设和正在设计的以油田丁烷为原料的MTBE装置都包括在内，用油田丁烷得到的异丁烯生产MTBE的装置能力约占目前世界MTBE生产能力的50%。
美国是世界上生产和消耗MTBE最多的国家。
美国的炼油能力、乙烯产能和石化产品产能均居世界首位，同时美国又有比较丰富的油田气资源，所以美国生产MTBE的原料异丁烯来源不同于其他国家。
90年代初，炼油厂和乙烯厂的异丁烯约占33%，从叔丁醇得到的异丁烯约占51%，使用油田气得到的异丁烯约占16%。
MTBE作为具有高辛烷值车用汽油添加组分，对国内车用汽油无铅化、汽油质量升级以及清洁汽油生产和出口均发挥了积极作用。
已成为我国无铅汽油，特别是高标号汽油不可缺少的调合成分。
我国依靠自己的科技力量成功地开发了不同类型的MTBE合成工艺，其技术水平与国外相比毫不逊色。
MTBE的工业应用，为我国炼油和石油化工事业的发展和环境保护作出了应有的贡献。
中国的MTBE技术开发起步较晚，在上世纪70年代末，先后有十多单位开始研究。
在80年代初期，国内有组织地进行了MTBE生产技术开发。
1984年，齐鲁石化公司橡胶厂建成我国第一套5500吨/年MTBE生产装置。
在有关单位密切合作下，先后完成了一系列MTBE生产技术的开发。
齐鲁石化公司研究院、北京设计院等单位联合开发了列管反应技术、筒式外循环反应技术、混相反应技术、催化蒸馏技术和混相反应蒸馏技术。
洛阳工程公司开发了膨胀床反应技术，吉林化学工业公司开发了筒式外循环反应技术。
到2006年，采用国内开发的技术在我国已建成60余套MTBE装置，总生产能力已超过250万吨/年。
2.目前状况
随着MTBE需求量的增长，促进了MTBE生产技术的发展。
近20年来，在扩大原料来源、改进生产工艺、降低生产成本、扩大生产装置规模、提高经济效益等方面都取得了很大进展。
目前，世界上有40多个国家和地区生产MTBE，2006年年产量已经超过3000万吨。
3.发展趋势
准确预测MTBE的发展趋势需要掌握大量的统计数据，根据我国的汽油现状、规格改变的趋势以及石化工业的发展，预计在今后相当长的一段时间内MTBE仍将在我国继续使用。
美国禁用MTBE已引起世界炼油工业对MTBE应用与市场前景及其替代品的密切关注。
应从美国禁用MTBE的争论中汲取有益经验，既不能忽视，也不能盲从。
合成MTBE作为脱除异丁烯有效手段这一先进工艺，将因1-丁烯和甲乙酮的短缺会有较大发展。
4.甲基叔丁基醚生产原理
MTBE合成主要有两种原料，即异丁烯和甲醇，异丁烯不是单独存在的原料，它广泛存在于混合碳四中。
两种原料分别放在贮罐中。
混合C4和甲醇分别经管道送进料泵中，增压计量后合并到一条管道后，进入静态混合器，充分混合后再进入进料预热器中加热到预定温度后，就可以进入醚化反应器内。
异丁烯与甲醇生成MTBE的反应式如下：
CH2CH3
‖
CH3—C—CH3+CH3—OH
CH3—C—O—CH3+（—ΔH1）
CH3
可能的副反应有：
①异丁烯水合生成叔丁醇（TBA）
CH2CH3
‖
CH3—C—CH3+H2O
CH3—C—CH3+（—ΔH2）
CH3
②异丁烯二聚生成二异丁烯（DIB）
③甲醇脱水生成二甲醚（DME）和水
2CH3—OH
CH3—O—CH3+H2O
ΔH1（298）=·mol-1
ΔH2（298）=·mol-1
ΔH3（298）=·mol-1
异丁烯和甲醇生成MTBE的反应是催化放热反应。
反应条件是缓和的，较好的反应条件是30℃～82℃，～，使用强酸性离子交换树脂催化剂。
异丁烯和甲醇生成MTBE的反应受热力学平衡限制。
反应温度低，有利于异丁烯转化；反应温度高，加快反应速度，但平衡向反方向转移，且增加副产物的生成量。
甲醇的添加量一般稍高于化学计算量，有利于异丁烯转化，反应选择性有利于生成MTBE。
进料中甲醇对异丁烯的摩尔比从:
1到:
1。
但从工业实践看，1:
1更好一些。
在不同温度下的平衡常数已经测得。
例如，当异丁烯和甲醇的摩尔体积相等时，转化率只有92%。
甲醇过量不仅提高异丁烯的转化率，而且抑制异丁烯二聚。
当甲醇摩尔体积过量10%时，MTBE的选择性实际上就达到了100%。
异丁烯生成MTBE的选择性较高，通常在99%左右。
一般存在于原料中的正丁烯和丁二烯，实际上没有影响。
因为异丁烯反应的选择性极高，所以可使用异丁烯浓度低的原料，如炼油厂的催化裂化C4馏分和乙烯厂的裂解C4馏分，不需要进行分离或净化，在工业生产上非常有利。
原料中有水存在，对催化活性无害，但会导致生成叔丁醇，减少MTBE的生成。
在反应条件（温度、空速和甲醇/异丁烯摩尔比）下，生成二异丁烯的选择性很低[＜%（摩尔）]，甲醇影响二异丁烯的生成。
二异丁烯存在并不影响MTBE产品质量和辛烷值性能。
二甲醚的生成量取决于温度、空速和甲醇浓度。
在反应条件下，生成二甲醚的选择性很低。
由于其沸点很低，与轻烃一起排出，在MTBE产品中并不存在。
四、拟解决的关键问题
1.选择工艺流程
2.物料衡算与能量衡算
3.反应设备设计计算及选型
4.绘制物料流程图和带控制点的工艺流程图
五、研究思路和方法
本课题对甲基叔丁基醚的生产工艺进行了系统的设计，从各方面考虑，选择目前工艺成熟的在大孔径强酸性阳离子交换树脂作用下生产甲基叔丁基醚。
设计方法如下：
1.确定工艺流程后运用Aspen模拟软件对各工艺流程进行模拟与优化，确定各段的工艺条件和操作参数。
2.对换热网络进行设计，运用Aspenplus对换热网络进行模拟，以达到节能的目的。
3.运用绘图软件，绘制物料流程图、带控制点的工艺流程图和车间布置图。
4.通过工艺计算，计算出机、泵等类型设备的工作能力及技术特性，从而选择相应的设备型号。
非标准设备的设计，通过计算出的数据对其进行设计。
六、本课题的进度安排
第1-2周查阅和整理文献资料，做开题报告
第3-4周确定生产工艺路线及工艺流程图
第5-6周进行能量衡算和热量衡算
第7-8周绘制工艺流程图和带控制点的工艺流程图
第9-10周进行设备选型与典型设备的设计和主要反应设备的CAD图
第11-12周撰写和修改论文
第13周准备答辩
七、参考文献
指导教师意见
指导教师（签名）：
年月日
所在系（所）意见
负责人（签章）：
年月日
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