MTBE操作规程.docx

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MTBE操作规程

xxxx石化集团有限公司企业标准

DSH/J-HC2-2

MTBE装置工艺规程

发行版本：

A

受控编号：

2008—07—16发布2008—07—16实施

xxxx石化集团有限公司发布

批准令

作业性文件针对我公司的实际情况进行编制，是我公司生产管理的基础，是管理体系运行的重要保障，经一段时间的运行，符合我公司的实际。

此作业性文件是我公司的秘密，只限于本公司内部发行使用，不得外传。

现批准发布，各单位必须严格遵照执行。

总工：

二00八年七月十六日

引言

制定本标准的目的是为适应现代企业管理制度的需要，搞好安全稳定生产，规范工艺操作，提高产品质量，提高企业管理水平。

主要内容与适用范围

本标准阐明了MTBE装置的工艺概况、工艺原理、生产机理、工艺流程、工艺指标、原材料标准、产品标准、化验分析标准、能耗定额以及典型设备的主要参数等内容。

本标准适用于xx石化集团有限公司恒昌股份有限公司MTBE装置的生产管理。

引用标准

GB1.1标准化工作导则，标准编写的基本规定

GB1.2标准化工作导则，标准出版印刷的规定

GB3101有关量、单位及符号的一般适用原则

1.装置简介

1.1概述

MTBE装置是由xx设计院设计，生产高辛烷值汽油组分甲基叔丁基醚（MTBE）的装置。

本装置于2005年5月建设，同年7月首次投料试车成功,装置生产能力为3×104t/年

本装置以气分装置的碳四馏分和外购甲醇为原料生产MTBE，设计规模是在碳四原料中异丁烯含量为17-20%（Wt%）基准条件下，正常负荷时MTBE产量3×104t/年。

本装置建于8.0×104t/年气分装置西侧，由脱戊烷、反应--共沸蒸馏及甲醇回收系统三部分组成。

反应—共沸蒸馏系统采用膨胀床—共沸蒸馏组合工艺。

主要设备由脱戊烷塔、反应器、共沸蒸馏塔、甲醇萃取塔、甲醇回收塔。

反应器内装有大孔强酸性树脂催化剂。

1.2生产原理

1.2.1脱戊烷塔

自气体分馏来的含有C5的原料混合碳四在脱戊烷塔里依据各组分的相对挥发度不同，经过精馏分离脱除C5馏分。

1.2.2混相反应

碳四馏分中的异丁烯和工业甲醇，以大孔强酸性阳离子交换树脂为催化剂，在温度30～70℃，压力0.7～0.8MPa下合成甲基叔丁基醚（MTBE），其反应方程式如下：

（CH3）2C=CH3+CH3-OH—→（CH3）3C—O—CH3

（１）该反应基本发生于液相中，反应为可逆放热反应。

选择适当的反应压力，可使反应物料在反应器内部分汽化，从而达到降低反应温度的效果。

（２）除以上反应外，在反应条件下尚存在下列反应：

原料中所含水分与异丁烯反应生成叔丁醇（TBA）；

异丁烯自聚生成低聚物（DIB）；

甲醇缩合生成二甲醚（DME）。

反应条件选择适当及限制原料的含水量，副反应可以得到控制。

叔丁醇及异丁烯低聚物也具有较高的辛烷值，可随同MTBE调入汽油。

MTBE的主反应选择性很高（98-99%），副反应生成物有限。

碳四馏分中异丁烯之外的其他组分，在反应条件下基本为惰性物质。

原料中的碱性物质和金属阳离子是反应催化剂的毒物，应限制这些毒物的总含量不超过2ppm。

随着操作过程的延续，上述毒物将与树脂催化剂进行离子交换，会使部分催化剂失活。

原料中的C3、C5含量高会对操作产生影响，C3含量高将造成反应压力升高，C5含量过高会降低产品纯度。

1.2.3共沸蒸馏

共沸蒸馏是将反应后的物料在共沸塔中进行蒸馏的技术。

反应生成的MTBE由塔底重沸器加热，与未反应C4和甲醇形成的低沸点共沸物在共沸塔内分离，未反应甲醇和剩余碳四可以形成低沸点的共沸物，从共沸蒸馏塔顶馏出，MTBE、TBA、DIB、DME等高沸点产品从塔底馏出。

1.2.4甲醇回收

共沸蒸馏塔顶出来的甲醇和未反应碳四进入甲醇萃取塔下部，自下而上与上部下来的萃取水逆向接触，由于甲醇在水和碳四馏分中的溶解度差别很大，故可使碳四中的甲醇为水所萃取，萃余液中的甲醇应不大于50ppm。

萃取甲醇后的萃取液，采用常规精馏的方法在甲醇回收塔内实现甲醇和水的分离，塔顶回收的甲醇可重新使用，塔底基本不含甲醇（〈0.1%〉的水则用做萃取甲醇的溶剂。

1.3工艺流程说明和工艺指标

1.3.1脱戊烷系统部分

自原料罐区来的物料进入脱戊烷塔（C-201）中部15层、19层、23层塔盘。

经过精馏分离，从塔顶出来的C４经冷却器（E-201）冷却后进入回流罐（V-201），由回流泵（P-201/A.B）抽出一部分作为液相回流，一部分向反应系统进料。

塔底出来的重组分一部分经塔底重沸器（E-202）加热提供气相回流，一部分经戊烷冷却器（E-203）冷却后，由戊烷外送泵（P-202/A.B）抽出外送至罐区。

重沸器由蒸汽作为加热介质。

1.3.2反应部分

从罐区来的甲醇进入甲醇罐（V-302），经甲醇泵（P-302/A.B）送往混合器。

原料C4从脱戊烷系统进入C4原料罐（V-301），在此沉降分离可能携带的水分后，用C4原料泵（P-301/A.B）将混合C4送到混合器，两种原料进行充分混合，经反应进料预热器（E-301）预热，预热器由蒸汽加热。

混合物料从底部进入膨胀床反应器（R-301）,在酸性阳离子交换树脂作用下异丁烯与甲醇生成MTBE，从反应器顶部出来的物料去共沸蒸馏塔。

1.3.3共沸蒸馏部分

自反应器来的物料进入共沸塔中部32＃、36＃、40＃塔盘，在C-301的操作条件下，甲醇与未反应碳四形成共沸物，从塔顶馏出，经塔顶冷凝器（E-302）冷凝，冷凝液进入塔顶回流罐（V-303），用回流泵（P-303/A.B）抽出，一部分作为C-302的进料，一部分作为C-301回流。

C-301底部馏出物为MTBE产品，依靠塔的压力自压去MTBE冷却器（E-304）冷却至40℃以下送至罐区。

C-301底设有重沸器（E-303），重沸器以蒸汽为加热介质，经重沸器加热部分汽化后返回C-301底部提供气相回流。

1.3.4甲醇回收部分

自（P-303/A.B）来的未反应甲醇与未反应C４共沸混合物，经萃取塔进料冷却器（E-305）冷却至40℃后，送至甲醇萃取塔（C-302）下部。

萃取水经萃取水泵（P-304/A.B）自C-303抽出，与C-302底来的甲醇水溶液经甲醇塔进料换热器（E-307/A.B）换热，再经萃取水冷却器（E-306）冷却至38℃左右,从C-302上部进入。

在C-302中，甲醇与未反应C４的混合物为分散相，萃取水为连续相，两液相连续逆向接触，使甲醇为水所萃取，萃余液即基本不含甲醇的未反应C4，从塔顶排至未反应C４罐（V-305）,然后用未反应C４泵（P-306/A.B）送出装置至罐区储存。

塔底萃取液为甲醇水溶液。

甲醇回收塔（C-303）进料依靠C-302自压,流经甲醇塔进料换热器（E-307/A.B），被加热至80℃-89℃进入C-303中部。

C-303顶部馏出物是含微量水和C4烃的甲醇混合物，经该塔顶冷凝器（E-308）冷凝，然后进入回流罐（V-304）;用甲醇塔回流泵（P-305/A.B）抽出，其中大部分作为回流送入C-303顶部，少部分甲醇送出装置至甲醇罐,然后循环使用。

C-303底部排出的是含微量甲醇的水，经萃取水泵（P-304/A.B）抽出在E-307/A.B换热，再被E-306冷却后作为萃取水送入C-302上部循环使用。

C-303底部设有重沸器（E-309），该重沸器以蒸汽为加热介质；部分馏分从塔底进入重沸器，汽化后返回C-303底部。

1．4物料平衡

及工艺指标：

1.4.1物料平衡

装置的物料平衡如下表所示[原料C4中异丁烯含量17.3%（wt%）]。

单位

名称

千克/时

×104吨/年

收率%

进料

混合C4馏分

11290.58

9.032

91.36

甲醇

1067.04

0.854

8.63

合计

12357.62

9.886

100.00

出料

MTBE产品

2985.96

2.389

24.41

未反应C4

8659.96

6.928

70.07

碳五馏分

661.73

0.529

5.35

损失

49.97

0.04

0.40

合计

12357.62

9.886

100.00

1.4.2工艺指标-1

项目

名称

工艺指标

项目

名称

工艺指标

C201

进料量t/hr

10--15

C301

进料量t/hr

11--16

进料温度0C

40±5

进料温度0C

67.2±5

塔顶温度0C

53.5±5

塔顶温度0C

57.3±3

塔底温度0C

97.1±5

塔底温度0C

129.1±5

塔顶压力MPa（表压）

0.63±0.1

塔顶压力MPa（表）

0.75±0.1

塔底压力MPa（表）

0.8±0.1

回流罐压力MPa

0.6±0.1

回流罐压力Mpa（表）

0.70±0.1

回流温度0C

40±5

回流温度0C

53.2±5

回流比（质量比）

1

回流比（质量比）

1

回流罐液位%

40-60

回流罐液位%

40-60

塔底液位%

40-60

塔底液位%

40-60

塔底重沸器温度0C

97.3±5

塔底重沸器温度0C

129.1±5

1.4.2工艺指标-2

项目

名称

工艺指标

项目

名称

工艺指标

C302

进料量t/hr

7--12

C303

进料量t/hr

0.5--1

进料温度0C

40±5

进料温度0C

85±5

塔顶温度0C

40±5

塔顶温度0C

66.1±3

塔底温度0C

40±5

塔底温度0C

110.7±5

塔顶压力MPa（表）

0.6±0.1

塔顶压力MPa（表）

0.11±0.0

塔底压力MPa（表）

0.7±0.1

塔底压力MPa（表）

0.15±0.0

进料压力MPa（表）

0.9±0.1

回流罐压力Mpa（表）

0.1±0.02

萃取水温度0C

40±5

回流温度0C

40±5

料水比（质量比）

3/1

回流比（质量比）

15

界液位%

40-60

回流罐液位%

40-60

塔底液位%

40-60

塔底重沸器温度0C

110.7±5

1.5原料及产品性质

1.5.1混合C4馏分

序号

组分名称

含量（wt%）

流量kg/h

1

丙烯

0.45

50.80

2

丙烷

0.49

55.32

3

异丁烷

22.27

2514.41

4

异丁烯

17.1

1930.68

5

丁烯-1

13.6

1535.5

6

正丁烷

10.25

1157.28

7

反丁烯-2

15.00

1693.58

8

顺丁烯-2

10.65

1202.44

9

异戊烷

3.05

344.36

10

正戊烷

0.08

9.03

11

1，3-丁二烯

0.44

49.67

12

碳五组分

1.62

182.90

13

金属离子

≯5ppm

14

合计

100.00

11290.58

1.5.2甲醇

序号

项目

单位

规格

1

外观

无色透明液体无可见杂质

2

色度（铂-钴）

号

≤5

3

密度（20℃）

g/cm3

0.791—0.792

4

沸程（760mmH2O）

℃

64.0—65.5

5

蒸馏量

ml

≥98

6

温度范围（包括64.6+0.1）

℃

≤0.8

7

高锰酸钾试验

分

≥50

8

水溶性试验

澄清

9

水分含量

%

≤0.10

10

游离酸（以HCOOH）含量

PPm

≤15

11

游离碱（以NH3）含量

PPm

≤2

12

羰基化合物（以HCOH）含量

PPm

≤20

13

蒸发残渣

PPm

≤10

14

气味

无特殊异臭气味

15

乙醇含量

%

≤0.01

16

甲醇纯度

%

99.3

1.5.3MTBE产品质量指标

组分

MTBE

C5

低聚物

甲醇

C4

wt%

≥97

≤1.4

≤0.6

≤0.5

≤0.5

1.5.4MTBE产品性质

序号

项目

单位

内容

1

外观

无色透明液体

2

分子式

（CH3）3C—O—CH3

3

雷特法蒸汽压

mmHg

396

4

密度（20℃）

g/cm3

0.7394

5

相对密度

空气=1

3.1

6

沸程（760mmH2O）

℃

52.5-58.5

7

熔点

℃

-109

8

闪点

℃

-10

9

辛烷值

MON

101

10

辛烷值

RON

117

11

爆炸极限

%

1.6-15.1

12

低热值

KJ/Kg

37300

13

20℃水的溶解度

Wt%

0.8

14

MTBE在水中的溶解度

g/100g

4.3

15

含氧量

%

18.2

1.5.5未反应C4

甲醇含量≤50PPm，

MTBE含量≤100PPm。

1.6催化剂:

本装置所使用催化剂为大孔径强酸性树脂，其性能指标如下：

序号

项目

单位

规格

1

形态

氢型

2

外观

灰色球形颗粒

3

粒度

0.4～1.0mm

%

≥95

4

机械强度

%

≥95

5

堆积密度

Kg/m3

557

6

比表面积

m2/g

30—50

7

比孔容

ml/g

0.25—0.4

8

平均孔半径

×10-4/μm

100—250

9

交换容量

mmol[H+]/g

4.5—4.7

10

水含量

wt%

48—52

11

最高耐热温度

℃

120

1.7生产控制分析

序号

取样位置

分析内容

频次

控制指标

1

V-301入口

组分全分析

碳四中金属含量

1次/班

1次/周

5ppm

2

V-302入口

甲醇含量

1次/批

99.3%

3

R-301进料

异丁烯、甲醇含量

2次/班

醇烯比1.0（分子比）

4

P-303出口

C-301回流液分析

2次/班

5

E-304出口

MTBE产品分析

2次/班

≥97%（扣除碳五）

6

P-306出口

未反应碳四

2次/班

MTBE≤100ppm甲醇≤50ppm

7

C-302底出料

萃取液分析

2次/班

8

P-305出口

甲醇浓度

2次/班

≥98%

9

E-306出口

萃取水分析

2次/班

≤1000ppm

10

E-203出口

碳五组分分析

2次/班

≥95%

1.8装置能耗一览表

序

号

项目

总耗

单耗

能耗指标MJ/t

单位能耗MJ/t原料

单位

数量

单位

数量

1

循环水

t/h

560.45

t/t

49.64

4.19

207.98

2

除盐水

t/h

19.2

t/t

1.70

96.37

163.87

3

电

kwh/h

98.01

kwh/t

8.68

12.56

109.03

4

凝结水

t/h

-7.208

t/t

-0.64

-309.82

-197.78

5

蒸气

t/h

7.208

t/t

0.64

3391.31

2164.96

6

净化风

M3/h

180

M3/t

15.94

1.67

26.62

合计

2474.68

注：

（1）总能耗为5190.47MJ/T碳四组分；

（2）MTBE产品计算单耗，总能耗为9357.5MJ/tMTBE，能耗较高的原因是：

包括脱碳五塔；使用除盐水将凝结水降温。

1.9塔类设备一览表

序号

设备名称

工艺编号

规格

结构

特征

备注

1

脱戊烷塔

C-201

φ1400×35587×16/14/12

50层浮阀塔盘

2

共沸塔

C-301

φ1400×48087×20/16/12

60层浮阀塔盘

3

萃取塔

C-302

φ1400/φ1200×37591×18/16

填料塔（φ50内弯弧形扁环填料）

4

甲醇回收塔

C-303

φ1000/φ1200×37587×18/20/16/12

59层浮阀塔盘

1.10反应器：

序号

项目

单位

内容

备注

1

名称

膨胀床反应器

2

编号

R-301

3

介质

C4、甲醇、MTBE

4

段数

2

5

顶部压力

Mpa

0.8

6

入口温度

℃

40

7

出口温度

℃

67.2

8

出口转化率

%

90

9

反应器直径

毫米

1400

10

反应器切线高度

毫米

13000

11

设计压力

Mpa

1.1

12

最高工作压力

Mpa

0.92

13

耐压试验压力

Mpa

1.52

14

设计温度

℃

90

15

容积

m3

20.81

16

空速

Kg进料/Kgcath

1.27

17

醇烯比（mol）

1.0

18

催化剂装填量

吨

15.6（年用量7.8吨）

19

规格型号

mm

φ1400×17190×（3+12）

20

材质

0Cr18Ni10Ti+20R

1.11冷换设备一览表

序号

设备名称

编号

规格及结构特征

介质（管/壳）

1

脱戊烷塔顶冷却器

E-201

BJS1200-2.5-395-6/25-4

循环水/C4

2

脱戊烷塔底重沸器

E-202

BJS700-2.5-125-6/25-2

蒸汽/戊烷

3

戊烷外送冷却器

E-203

AES400-2.5-15-3/25-2I

循环水/戊烷

4

反应器进料预热器

E-301

BES500-2.5-30-3/25-2I

甲醇、C4/蒸汽

5

共沸塔顶冷却器

E-302

BJS1200-2.5-395-6/25-4

循环水/C4

6

共沸塔底重沸器

E-303

BJS700-2.5-125-6/25-2

蒸汽/MTBE

7

MTBE冷外送却器

E-304

BES600-2.5-85-6/25-4I

循环水/MTBE

8

萃取塔进料冷却器

E-305

BES600-2.5-85-6/25-4I

循环水/MTBE、水

9

萃取水冷却器

E-306

BES600-2.5-45-3/25-2I

循环水/萃取水

10

甲醇塔进料换热器

E-307

BES600-2.5-45-3/25-2I

甲醇水/萃取水

11

甲醇塔顶冷却器

E-308

BJS700-2.5-125-6/25-4

循环水/甲醇

12

甲醇塔底重沸器

E-309

BJS700-2.5-55-3/25-4

蒸汽/甲醇

1.12容器设备一览表

序号

设备名称

工艺编号

规格及结构特征

容积

设计压力

1

脱戊烷塔回流罐

V-201

φ1800×5000×14

14.38

1.08

2

凝结水罐

V-202

φ1400×5000×10

19.85

0.98

3

C4原料罐

V-301

φ2400×6000×14

26.6

0.73

4

甲醇原料罐

V-302

φ2200×5000×10

22.1

0.28

5

共沸塔顶回流罐

V-303

φ1800×5000×14

14.38

0.98

6

甲醇塔顶回流罐

V-304

φ1200×4000×8

5.84

0.34

7

未反应C4罐

V-305

φ1400×5000×10

8.49

0.83

8

不凝气水洗罐

V-306

φ800×1500×6

0.914

0.33

9

开停工回收罐

V-307

φ2400×5000×14

26.6

0.83

1.13机泵一览表

泵名称

编号

泵型号

扬程m

流量h

密封

电机功率

电机型号

脱戊烷回流泵

P-201/A.B

80AY100

108

35.041

机械

3.7

YB2-200L2-2W

C5组分出装泵

P-202/A.B

MY32×4

142

1.1

机械

7.5

YF2-132S2-2W

C4泵

P-203/A.B

65AY100A

92

27.146

机械

18.5

YB2-160L-2W

甲醇泵

P-301/A.B

MY65-50×5

260

18.779

机械

30

YB2-200M1-2W

共沸塔回流泵

P-302/A.B

MY32×8

239

1.37

机械

11

YB2-160M1-2W

萃取水泵

P-303/A.B

80AY100

108

33.06

机械

37

YB2-200L2-2W

甲醇塔回流泵

P-304/A.B

MY40-35×4

127

3.76

机械

7.5

YB2-132S2-2W

未反应C4出装泵

P-305/A.B

MY40-35×4

125

2.43

机械

5.5

YB2-132S1-2W

凝结水泵

P-306/A.B

MY65-50×5

262

15.63

机械

30

YB2-200L1-2W

1.14安全阀一览表

工艺编号

安装地点

泄放介质

弹簧定压

规格型号

泄料温度

SV-201

脱戊烷塔顶

C4

0.71

A6R16

53.5

SV-202

脱戊烷塔回流罐

C4

0.68

CA42Y-16C

40

SV-301

C4罐顶

C4

0.63

A4P16

40

SV-302

反应器顶

MTBE、未反应甲醇和C4

0.91

A3L16

65.1

SV-303

共沸塔顶

未反应甲醇和C4

0.83

A6R16

56.1

SV-304

共沸塔顶回流罐

未反应甲醇和C4

0.78

CA42Y-16C

53

SV-305

萃取塔顶

未反应C4

0.68

A41H-25

40

SV-306

未反应C4罐顶

未反应C4

0.63

CA42Y-16C

40

SV-307

甲醇塔顶

甲醇

0.25

A4P16

40

SV-308

开停工回收罐

MTBE、甲醇、C4

1.28

A3L16

40

SV-309

甲醇塔顶回流罐

甲醇

0.22

A2J1